第四章 溶胶-凝胶法.ppt

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1、第四章溶胶－凝胶法121.胶体（colloid）：是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。第一节溶胶－凝胶法基本概念一、溶胶-凝胶法基本名词术语Fe(OH)3胶体丁达尔效应示意图光源凸透镜光锥22.溶胶(sol)具有液体特征的胶体体系，在液体介质中分散了1~1000nm粒子(基本单元)3溶胶的特点：（1）溶胶不是物质而是一种“状态”分散相分散介质示例液体固体气体液体固体液体气体气体气体液体液体液体固体固体雾烟泡沫牛乳胶态石墨矿石中的液态夹杂物矿石中的气态夹杂

2、物（2）溶胶与溶液的相似之处溶质+溶剂→溶液分散相+分散介质→溶胶(分散系)4（3）溶胶的稳定性5亲液溶胶分散相和分散介质之间有很好的亲和能力；没有明显的相界面；热力学稳定体系憎液溶胶分散相与分散介质之间亲和力较弱；有明显的相界面；热力学不稳定体系63.凝胶（Gel）：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67Sol：由孤立的细小粒子或大分子组成，分散在溶液中的胶体体系。Gel：是一种由细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固态

3、特征的胶态体系，凝胶中渗有连续的分散相介质。74.溶胶与凝胶的比较8溶胶无固定形状固相粒子自由运动凝胶固定形状固相粒子按一定网架结构固定，不能自由移动这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面溶胶与凝胶的结构差异4.凝胶时间(gelpointtime)：在完成凝胶的大分子聚合过程中最后键合的时间。5.前驱物(precursor)：所用的起始原料。6.金属醇盐(metalalkoxide)：有机醇-OH上的H为金属所取代的有机化合物。9二、溶胶与凝胶的联系1)溶胶－凝胶转变2)凝胶具有触变性（凝胶能转化为溶胶）3)凝

4、胶和溶胶可共存，组成复杂的胶态体系。1011113.1溶胶体系的相互作用力三、溶胶稳定理论范德华力库伦力空间阻力体系的稳定性取决于这三种力之间的平衡1212微粒间总相互作用能：ΦT=ΦA+ΦR（1）微粒间的吸引能（ΦA）（2）微粒间的排斥作用能（ΦR）（3）微粒间总相互作用能（ΦT）3.2DLVO理论（静电稳定理论）13ΦT＋－第一极小第二极小微粒的物理稳定性取决于总势能曲线上势垒的大小。特点：１）粒子间存在阻止粒子接触的势垒２）存在第一极小值（键合的团聚粒子）３）存在第二极小值（可逆絮凝）3.3提高溶胶稳定性

5、的途径：增加势垒的高度阻止颗粒相互接近14增加胶粒的电荷量利用位阻效应溶剂化效应颗粒颗粒15溶胶的制备溶胶-凝胶转化凝胶干燥先沉淀后解凝控制沉淀过程直接获得溶胶迫使胶粒间相互靠近控制电解质浓度加热蒸发焙烧等一、原理：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶胶聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。第二节溶胶－凝胶合成原理1516非常活泼的金属M=Li、Na、k、Ca、Sr、Ba，在隋性气氛下直接制备不活泼金属用催化剂（I2、HgCl2、HgI2）M=Be、Mg、Al、

6、Tl、Sc、Y、Yb16二、溶胶-凝胶法采用的原料－金属醇盐金属醇盐族金属醇盐实例单金属醇盐ІAІBⅡAⅡBⅢAⅢBⅣAⅣBⅤAⅤBⅥ稀土Li，NaCuCa，Sr，BaZnB，Al，CaYSi，GePbP，SbV，TaWLa，NaLiOCH3(s)，NaOCH3(s)Cu(OCH3)2(s)Ca(OCH3)2(s)，Sr(OC2H5)2(s)，Ba(OC2H5)2(s)Zn(OC2H5)2(s)B(OCH3)3(s)，Al(OC3H7)3(s)，Ga(OC2H5)3(s)Y(OC4H9)3Si(OC2H5)4(

7、l)，Ge(OC2H5)4(l)Pb(OC4H9)4(l)P(OCH3)3(l)，Sb(OC2H5)3(l)VO(OC2H5)3(l)，Ta(OC3H7)5(l)W(OC2H5)6(s)La(OC3H7)(s)，Nb(OC2H5)3(s)双金属醇盐La-AlMg-AlNi-AlZr-AlBa-ZrLa[Al(iso-OC3H7)4]3Mg[Al(iso-OC3H7)4]2，Mg[Al(sec-OC4H9)4]2Ni[Al(iso-OC3H7)4]2(C3H7O)2Zr[Al(OC3H7)4]2Ba[Zr(OC2

8、H5)9]217常用的金属醇盐金属元素金属醇盐SiSi(OCH3)4(l)，Si(OC2H5)4(l)，Si(i-OC3H7)4(l)，Si(i-OC4H9)4TiTi(OCH3)4(s)，Ti(OC2H5)4(l)，Ti(i-OC3H7)4(l)，Ti(i-OC4H9)4(l)ZrZr(OCH3)4(s)，Zr(OC2H5)4(s)，Zr(i-OC3H7)4(s)，Zr(i-OC4H