最新溶胶-凝胶原理及技术教学讲义ppt课件.ppt

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1、溶胶-凝胶原理及技术第一章溶胶-凝胶法的基本概念和特点第二章溶胶-凝胶法采用的原料第三章溶胶-凝胶过程的主要反应第四章溶胶-凝胶法制备块体材料第五章溶胶-凝胶法制备的纤维材料第六章溶胶-凝胶法制备纳米粉体第七章溶胶-凝胶法制备有机-无机复合材料第八章溶胶-凝胶法制备薄膜及涂层材料第一章溶胶-凝胶法的基本概念和特点一、溶胶-凝胶法基本名词术语1.前驱物(precursor)：所用的起始原料。2.金属醇盐(metalalkoxide)：有机醇-OH上的H为金属所取代的有机化合物。它与一般金属有机化合物的差别在于金属醇盐是以M－O－C键的形式结合，金属有机化

2、合物则是M－C键结合。亲液（lyophilic）溶胶：分散相和分散介质之间有很好的亲和能力，很强的溶剂化作用。因此，将这类大块分散相，放在分散介质中往往会自动散开，成为亲液溶胶。它们的固-液之间没有明显的相界面，例如蛋白质、淀粉水溶液及其它高分子溶液等。亲液溶胶虽然具有某些溶胶特性，但本质上与普通溶胶一样属于热力学稳定体系。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，属于热力学不稳定体系。4.凝胶(gel)：亦称冻胶，是溶胶失去流动性后，一种富含液体的半固态物质，其中液体含量有时可高达99.5%，固体粒子则呈连续的网络体。它是指胶体颗粒或

3、高聚物分子相互交联，空间网络状结构不断发展，最终使得溶胶液逐步失去流动性，在网状结构的孔隙中充满液体的非流动半固态的分散体系，它是含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络。（1）凝胶是一种柔软的半固体，由大量胶束组成三维网络，胶束之间为分散介质的极薄的薄层所谓“半固体”是指表面上是固体、而内部仍含液体。后者的一部分可通过凝胶的毛细管作用从其细孔逐渐排出。（2）凝胶结构可分为四种：1)有序的层状结构；2)完全无序的共价聚合网络；3)由无序控制，通过聚合形成的聚合物网络；4)粒子的无序结构。溶胶-凝胶技术是溶胶的凝胶化过程，即液体介质中的基本单元粒子发展

4、为三维网络结构——凝胶的过程。（3）凝胶与溶胶是两种互有联系的状态。1)乳胶冷却后即可得到凝胶；加电解质于悬胶后也可得到凝胶。2)凝胶可能具有触变性：在振摇、超声波或其他能产生内应力的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。3)溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚合过程。4)上述作用一经停止，则凝胶又恢复原状，凝胶和溶胶也可共存，组成一更为复杂的胶态体系。5)溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否能够克服凝聚时的势垒作用。因此，增加胶粒的电荷量，利用位阻效应和利用溶剂化效应等，都可以使溶胶更稳定，凝胶更困难；反之，则更容易形成凝胶。能使蛋白质变性的

5、化学方法和物理方法很多，主要的有：1．加热，2．机械力（冷冻、声波振荡、机械振荡、搅拌和研磨、加压等)，3．紫外线照射，4．辐照，5，有机试剂(酒精、丙酮、尿素、苯酚及其衍生物)，6．无机试剂(强酸、强碱、重金属盐、碘化物、硫氰酸盐等)，7．蛋白酶等。（5）凝胶在干燥后：形成干凝胶或气凝胶，这时，它是一种充满孔隙的多孔结构。6）通常由溶胶制备凝胶的方法有溶剂挥发、冷冻法、加入非溶剂法、加入电解质法和利用化学反应产生不溶物法等。（4）凝胶可分为：易胀型(如明胶)和非易胀型(如硅胶)两类；凝胶又分为弹性凝胶和脆性凝胶。5.胶凝时间(gelpointtime

6、)：在完成凝胶的大分子聚合过程中最后键合的时间。6.单体(monomer)：一种简单的化合物，它的分子间通过功能团起聚合反应得到分子量较高的化合物(聚合物)。单体一般是不饱和的或含有两个或更多功能团的小分子化合物。7.聚合物(polymer)：从至少含两个功能团的单体经聚合反应成为很大分子的化合物，它至少含有几百乃至几百万个单体，故常常又称它为大分子。8.溶胶-凝胶法：是制备材料的湿化学方法中一种崭新的方法。（包括化学共沉淀法，水热法，微乳液法等）溶胶-凝胶法：研究的主要是胶体分散体系的一些物化性能。胶体分散体系：是指分散相的大小在1nm~100nm之

7、间的分散体系。在此范围内的粒子，具有特殊的物理化学性质。分散相的粒子可以是气体、液体或固体，比较重要的是固体分散在液体中的胶体分散体系——溶胶（sol）。9.溶胶-凝胶技术：是一种由金属有机化合物、金属无机化合物或上述两者混合物经过水解缩聚过程，逐渐凝胶化及相应的后处理，而获得氧化物或其它化合物的新工艺。流程：利用液体化学试剂(或将粉末溶于溶剂)为原料(高化学活性的含材料成分的化合物前驱体)→在液相下将这些原料均匀混合→进行一系列的水解、缩合(缩聚)的化学反应→在溶液中形成稳定的透明溶胶液体系→溶胶经过陈化→胶粒间缓慢聚合，形成以前驱体为骨架的三维聚合

8、物或者是颗粒空间网络，网络中其间充满失去流动性的溶剂，形成凝胶→凝胶再经过干燥，脱去其间溶剂而