《薄膜物理》PPT课件

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1、第三节　溶胶-凝胶法一、胶体分散体系：一种或几种物质分散在另一物质之中所构成的系统叫分散体系分散相：分散体系中被分散的物质分散介质：分散体系除了分散相以外的物质1.胶体及其相关的概念溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法分散体系的分类均相分散系统非均相分散系统小分子溶液电解质溶液胶体分散系统粗分散系统溶胶-凝胶法分散相的半径r/m分散体系分类10-9以下分子溶液(离子)、混合气体10-9~10-7胶体10-7以上粗分散系统，如乳浊液、悬浊液等溶胶-凝胶法2.胶体的制备1~100nm离子、分子凝聚(有新生成)粗粒子

2、分散(比表面增加)溶胶-凝胶法例如：硫磺水溶胶的制备氢氧化铁溶胶的制备胶体制备的一般条件：分散相在介质中的溶解度须极小是形成溶胶的必要条件之一(1)分散相在介质中的溶解度须极小(2)必须有稳定剂存在溶胶-凝胶法(1)还原法主要用于制备各种金属溶胶2HAuCl4+3HCHO+11KOH=2Au(溶胶)+3HCOOK+8KCl+8H2O(2)氧化法用硝酸等氧化剂氧化硫化氢水溶液，可制得硫溶胶H2S+O2=2S(溶胶)+2H2O(3)水解法多用来制备金属氢氧化物溶胶FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(溶

3、胶)+3HCl(4)复分解反应法常用来制备盐类的溶胶AgNO3+KI=AgI(溶胶)+KNO3溶胶-凝胶法溶胶的纯化方法：溶胶的老化：溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间透析、电渗析、超过滤法新形成的溶胶即使经过纯化，胶粒也会随着时间而慢慢长大，这一过程叫老化溶胶-凝胶法均分散体系：均分散胶体：由性状相同，尺寸分布范围很窄的颗粒组成的体系颗粒的尺寸在胶体颗粒尺寸范围内的均分散体系溶胶-凝胶法均分散胶体的制备方法主要有：(1)沉淀法(2

4、)预置颗粒法(3)共沉淀法(4)相转变法(5)气溶胶法(6)乳液法和微乳液法(7)溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法凝胶是胶体的一种特殊存在形式。在适当的条件下，溶胶或高分子溶液中的分散颗粒相互联结为网络结构，分散介质充满网络之中，体系成为失去流动性的半固体状态的胶栋，处于这种状态的物质称为凝胶(gel)二、凝胶1.胶体的特征及其分类溶胶-凝胶法凝胶是介于固体和液体之间的一种特殊状态，它既显示出某些固体的特征，如无流动性，有一定的几何外形，有弹性、强度和屈服值等；另一方面又保留某些液体的特点。如离子的扩散速率

5、在以水为介质的凝胶中与水溶液中差不多实际上，凝胶的内部是由固－液(或固-气)两相构成的分散体系，其中，分散介质是连续的，分散相也是连续的溶胶-凝胶法凝胶可分为弹性凝胶和非弹性凝胶凝胶(Gel)是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间溶胶-凝胶法由柔性的线型大分子物质等所构成的凝胶属于弹性凝胶，又称为可逆凝胶由刚性质点(如SiO2、TiO2、V2O5等)所组成的溶胶所形成的凝胶属于非弹性凝胶可逆凝胶非可逆凝胶溶胶-

6、凝胶法形成凝胶的两种途径：2.胶体的形成(1)干凝胶吸收亲和性液体(溶剂)形成凝胶(2)溶液或溶胶在适当的条件下分散颗粒相联成网络而形成凝胶，这种过程称为胶凝溶胶-凝胶法由溶液或溶胶转变成凝胶的基本条件：(1)降低被分散物质在溶剂中的溶解度，以便分散相的析出(2)析出的分散颗粒相联成连续的网络结构，而不是聚结成大颗粒沉降下来溶胶-凝胶法形成凝胶的主要方法：(1)改变温度利用升降温来实现胶凝过程是一种常用方法(2)转换溶剂用分散相溶解度较小的溶剂替换溶液或溶胶中原有溶剂可使体系胶凝(3)加电解质(4)

7、化学反应交联反应：能使分子链相互联接的化学反应叫交联反应进行交联反应是使高分子溶液或溶胶产生胶凝的主要手段溶胶-凝胶法影响胶凝的一些因素：(1)溶胶的浓度胶凝过程可以看作质点间的相互吸引，浓度大时质点间距离近，胶凝速度快。低于某一浓度时可能不发生胶凝(2)温度温度升高，成胶时间缩短，升高温度加快了挥发组份的挥发，加快了分子间聚合反应(3)电解质影响十分复杂(4)催化剂加快水解和聚合反应溶胶-凝胶法(1)通过各种反应物溶液的混合，很容易获得需要的均相多组分体系三、溶胶-凝胶法的技术特点(2)对材料制备

8、所需温度可大幅度降低，从而能在较温和的条件下合成出陶瓷、玻璃、纳米复合材料等功能材料(3)由于溶胶的前驱体可以提纯而且溶胶-凝胶过程能在低温下可控制的进行，因而可制备高纯或超纯物质，且可避免在高温下对反应容器的污染问题(4)溶胶或凝胶的流变性质有利于通过某中技术如喷射、旋涂、浸渍等制备各种膜、纤维或沉积材料溶胶-凝胶法合成的中心化学问题：反应物分子(或离子)在水(或醇)溶液中进行水解(或醇解)和聚合；用于溶胶-凝胶法合成的起始反应物的先驱体为金属的盐类的水溶液或金属有