溶胶-凝胶（Sol-Gel）方法的原理与应用

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1、第&"卷第"期天津师范大学学报’自然科学版(&##"年3月A,^_DR-,H:ERD‘EDP,_=R-aDEb/_ME>c’PR>^_R-+IE/DI/B@E>E,D(ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd文章编号!"##"$%%&#’&##"(#"$###)$#*溶胶$凝胶’+,-$./-(方法的原理与应用0洪新华"1李保国&’"2河南职技师院1河南新乡*)3##34&2上海理工大学1上海&###53(摘要!综述了溶胶$

2、凝胶法的基本原理6过程及其应用前景1溶胶$凝胶法是一种新兴的材料制备方法1具有设备简单6工艺易于控制6制品纯度和均匀度高等优点2关键词!溶胶$凝胶法4工艺过程4应用中图分类号!78*92"8:;*&%文献标识码!<#前言"溶胶$凝胶法的原理及过程溶胶$凝胶法’+,-$./-=/>?,@(是制备材料的"2"基本原理湿化学方法中新兴的方法1其初始研究可追溯到溶胶$凝胶方法是湿化学反应方法之一1不论所用的起始原料’称为前驱物(为无机盐或金属醇"9*8年A2A2B$C/-=/D用+EF-*与乙醇混合后1发盐1其主要反应步

3、骤是前驱物溶于溶剂’水或有机现在湿空气中发生水解并形成凝胶1这个发现在当溶剂(中形成均匀的溶液1溶质与溶剂产生水解或时并未引起化学界的注意1直到&#世纪3#年代1醇解反应生成物聚集成"D=左右的粒子并组成G2./HHIJ/D证实用该方法即金属盐的水解和胶溶胶1经蒸发干燥转变为凝胶1基本反应原理如凝化1可以制备氧化物薄膜2"5%"年德国K2下U&V!LEM-EI?报道了通过金属醇盐水解得到溶胶1经胶’"(溶剂化!能电离的前驱物$金属盐的金属阳凝化6再于5&3N5%3O的温度和"##P的压力下离子TWX将吸引水分子形

4、成溶剂单元T’K&7(处理1制备了+E7$Q7$<-7$PR7$O7多组分玻璃1’W为T离子的价数(1为保持它的配位数而有强烈地释放KX的趋势2引起了材料科学界的极大兴趣和重视2"5%)年WX’W$"(XXT’K&7(YZT’K&7(Y$"’7K(XKQ2B2S,-@RM和T2SR=RD/等仔细将凝胶干燥1这时如有其它离子进入就可能产生聚合反应1制得了整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜U"V2但反应式极为复杂2&#世纪9#年代以来1+,-$./-技术在玻璃6氧化涂’&(水解反应!非电离式分子前驱物1如金属醇层6功能

5、陶瓷粉料1尤其是传统方法难以制备的复盐T’7[(为金属T的原子价(与水反应!Y’Y合氧化物材料1如在高锝’:I(氧化物超导材料的T’7[(YXK&7ZT’7K(]’7[(Y$X[7K合成中得到成功的应用1已成为无机材料合成中的反应可延续进行1直至生成T’7K(Y一个独特的方法2’3(缩聚反应!缩聚反应可分为失水缩聚!T7KXK7TZT7TX0收稿日期!&###$"&$"9万方数据e基金项目!国家自然科学基金资助项目’)5938&*#(作者简介!洪新华’"5)%f(1男1河南商城人1副教授1主要研究方向!物理

6、学和材料学KLK天津师范大学学报2自然科学版3"HH+年.月MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM!"#和失醇缩聚$%#&’!#%(难的一环)特别对尺寸较大的块状材料*为此需要%#%’&#!)反应生成物是各种尺寸严格控制干燥条件)或添加控制干燥的化学添加和结构的溶胶体粒子*剂)或采用超临界干燥技术*最后对干凝结胶进行+*"工艺过程热处理)其目的是消除干凝胶中的气孔)使制品的溶胶,凝胶法的基本工艺过程如图+所示-./*相组成

7、和显微结构能满足产品性能要求*在热处理时发生导致凝胶致密化的烧结过程)由于凝胶的金属醇法水解聚缩陈化溶剂2水3溶胶湿凝胶高比表面积5高活性)其烧结温度比通常的粉料坯催化剂2溶胶剂3((涂层)成纤)体低数百度)采用热压烧结工艺可以缩短烧结时成型干燥1间)提高制品质量*热处理成品0干凝胶"溶胶,凝胶方法的特点图+溶胶,凝胶法基本工艺过程框图首先制取一包含金属醇盐和水的均相溶液)以BC7,DE7方法的特点是用液体化学试剂2或将保证醇盐的水解反应在分子平均的水平上进行*粉状试剂溶于溶剂中3或溶胶为原料)而不是用传由于金属

8、醇盐在水中的溶解度不大)一般选用醇作统的粉状物体)反应物在液相下均匀混合并进行反为溶剂)醇和水的加入应适量)习惯上以水4醇盐的应)反应生成物是稳定的溶胶体系)经放置一定时摩尔比计量*催化剂对水解速率5缩聚速率5溶胶间转变为凝胶)其中含有大量液相)需借助蒸发除凝胶在陈化过程中的结构演变都有重要影响)常用去液体介质)而不是机械脱水*在溶胶或凝胶状态的酸性和碱性催化剂分别为!6