溶膠凝膠課件

1、溶膠凝膠法SOL-GEL1 概述Simplified chart of sol-gel processes溶膠凝膠（物理過程）Al(NO3)3 +H2OAlOOHAlOOH solAlOOH gelAl2O3溶液， r 1 m溶膠, 10nm r1 m，物理膠體凝膠， 充滿容器多孔陶瓷、膜、納米粉體、陶瓷纖維等溶膠凝膠（化學過程）Al(OR)3(OR)2Al-OHAl(OR)3 + H2O = (OR)2Al-OH + HOR(OR)2Al-O-Al(OR)2Al(OR)3 + (OR)2Al-OH = (OR)2Al-O-Al(OR)2 + HOR-Al-O-Al-O-Al-縮聚反應Al2O

2、3多孔陶瓷、膜、納米粉體、陶瓷纖維等Gel, 化學凝膠Sol, 化學溶膠Size range for solsSol (1nm0.1m)103 to 109 atoms per particleSol-gel processSolution, 溶液Sol，膠體Gelation，溶膠凝膠轉變Gel，凝膠Products, 產物溶膠凝膠的典型例子豆?jié){，sol豆腐, gelBooksSol-gel technology for thin films, fibers, performs, electronics, and specialty shapes, L. Klein (Noyes, Park

3、Ridge, NY 1985)Sol-gel science, The physics and chemistry of sol-gel processes, C.J. Brinker and G.W. Scherer (Academic press, NY 1990)Introduction to sol-gel processing, A.C. Pierre, (Kluwer Academic publishers, 1998) 膠體化學歷史 陶瓷制造，有史以前纖維造紙，漢朝墨水，后漢豆腐、面食和中藥制劑等都與膠體化學有關古埃及利用木材浸水膨脹來破裂山巖1777年瑞典Scheele的木炭吸

4、附氣體實驗膠體化學歷史II1809俄國化學家PeHcc，土粒電泳現象; 1829 英國植物學家Brown，花粉的布朗運動; 1845 法國人Ebelmen，Silica gels, (Manufacture de Ceramiques de Sevres); 1853 Farady, 實驗室Gold sol, oldest sol, still stable now days; 1861 Thomas Graham, 膠體化學作為一門學說; colloid膠體, sol溶膠, gel凝膠, peptization膠溶, dialysis滲析, syneresis離漿1870 Cossa, al

5、umina sol 1902 Zsigmondy膠體化學1903 Zsigmondy發(fā)明超顯微鏡，體系多相性溶膠凝膠技術發(fā)展史1800中期，Ebelman及Graham第一個報道了從硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)在酸性條件下水解形成類似玻璃態(tài)的SiO2材料，同時對無機陶瓷和玻璃材料的Sol-gel工藝產生興趣，該法當時雖然可以制備纖維、塊狀棱鏡或復合玻璃，但是干燥時間極長（一年甚至大于一年），無工藝上的用途而沒有受到重視。1939年，用溶膠凝膠工藝制備SiO2鏡面涂層的專利申請。5060年代，R.Roy的工作使sol-gel工藝獲得復活，他們認識到Sol-gel工藝高水平均勻粉料的潛力，并合

6、成了大量新型陶瓷氧化物粉體，包括Al, Si, Ti, Zr等的氧化物。這些粉體是傳統(tǒng)方法所不能得到的 。溶膠凝膠技術發(fā)展史II7080年代，單分散性膠態(tài)氧化物粉體的生長，包括TiO2, -Fe2OP3, Fe3O4, BaTiO3, CeO2等氫氧化物，AlOOH, FeOOH, Cr(OH)3碳酸鹽，Cd(OH)CO3, Ce2O(CO3)2硫化物， CdS, ZnS金屬， Fe, Ni, Co等醇鹽水解法制備各種納米氧化物粉體，如TiO2, ZrO2, SiO2, SrTiO3以及他們的摻雜物應用溶膠凝膠法成功制備了各種各樣的玻璃和陶瓷纖維、涂層、薄膜， 尤其重要的是ITO導電玻璃。 A

7、dvantages制備任意組成的氧化物、無機有機復合物。如摻雜氧化鋯高純氧化物、碳化物和氮化物等，（通過對先驅物的蒸餾、結晶和電滲析等）制備過程因環(huán)境（容器壁、高溫爐等）造成的污染（chemical interactions）少液體環(huán)境下制備，無粉塵污染。核能燃料的制備過程為溶膠凝膠法可以控制反應動力學（溫度低、稀溶液反應過程，控制膠體粒徑大小、分布；降低燒結溫度等） Advantages II6. 結構控制。傳統(tǒng)玻璃制備過程無法避免的可混性間隙，用溶膠凝膠法可以實現；可以消除grain boundary. 例如ZrO2不能聚集在Nasicon的晶界上。7. 原子水平化學混合。Lead-lanthanum-zirconium titanates (PLZT)