溶膠-凝膠法及其應(yīng)用

溶膠－凝膠法及其應(yīng)用學(xué)生：彭家喜導(dǎo)師：王樹(shù)東研究員2024/1/7SeminarⅠ精選課件目錄根本概念開(kāi)展歷程根本原理和工藝過(guò)程常用測(cè)試方法應(yīng)用舉例優(yōu)勢(shì)，缺陷未來(lái)精選課件溶膠－凝膠法的根本概念膠體〔colloid〕是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠〔Sol〕是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之間。凝膠〔Gel〕是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間。精選課件溶膠－凝膠法的根本概念簡(jiǎn)單的講，溶膠－凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反響，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿(mǎn)了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)枯燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。精選課件溶膠－凝膠法的根本概念

－溶膠與凝膠的結(jié)構(gòu)比較溶膠無(wú)固定形狀固相粒子自由運(yùn)動(dòng)凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不能自由移動(dòng)這種特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)賦予凝膠很高的比外表精選課件溶膠－凝膠法的開(kāi)展歷程1846年法國(guó)化學(xué)家J.J.Ebelmen用SiCl4與乙醇混合后，發(fā)現(xiàn)在濕空氣中發(fā)生水解并形成了凝膠。20世紀(jì)30年代W.Geffcken證實(shí)用金屬醇鹽的水解和凝膠化可以制備氧化物薄膜。1971年德國(guó)H.Dislich報(bào)道了通過(guò)金屬醇鹽水解制備了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多組分玻璃。1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整塊陶瓷材料及多孔透明氧化鋁薄膜。80年代以來(lái)，在玻璃、氧化物涂層、功能陶瓷粉料以及傳統(tǒng)方法難以制得的復(fù)合氧化物材料得到成功應(yīng)用。精選課件溶膠－凝膠法的根本原理溶劑化：M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+水解反響：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n縮聚反響失水縮聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O失醇縮聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH精選課件溶膠－凝膠法的根本原理

－水解反響機(jī)理精選課件溶膠－凝膠法的根本原理

－縮聚反響機(jī)理精選課件溶膠－凝膠法的工藝過(guò)程精選課件溶膠－凝膠法常用測(cè)試方法測(cè)定前驅(qū)物金屬醇鹽的水解程度〔化學(xué)定量分析法〕測(cè)定溶膠的物理性質(zhì)〔粘度、濁度、電動(dòng)電位〕膠粒尺寸大小〔準(zhǔn)彈性光散射法、電子顯微鏡觀(guān)察〕溶膠或凝膠在熱處理過(guò)程中發(fā)生的物理化學(xué)變化〔XRD、中子衍射、DTA－TG〕反響中官能團(tuán)及鍵性質(zhì)的變化〔紅外分光光度計(jì)、拉曼光譜儀〕溶膠、凝膠粒子中的結(jié)構(gòu)〔GC－MS〕固態(tài)物體的核磁共振譜測(cè)定M－O結(jié)構(gòu)狀態(tài)精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用前驅(qū)體溶膠納米顆粒纖維濕凝膠涂層、薄膜氣凝膠多孔材料干凝膠致密塊體精選課件溶膠－凝膠法應(yīng)用〔1〕

—鋁膠制備及化學(xué)機(jī)理boehmite溶膠將1M仲丁醇鋁的仲丁醇溶液滴入溫度高于80℃的去離子水中進(jìn)行水解，生成boehmite沉淀，參加適量1.6MHNO3，使沉淀膠溶，經(jīng)老化形成穩(wěn)定的溶膠精選課件溶膠－凝膠法應(yīng)用

—鋁膠制備及化學(xué)機(jī)理鋁鹽溶液中，鋁離子呈水合狀態(tài)，即[Al(H2O)6]3+。由于鋁離子的正電荷與配位水分子中氫離子相斥，使氫離子釋放出來(lái)—水解反響[Al(H2O)6]3+=[Al(OH)(H2O)5]2++H+[Al(OH)(H2O)5]2+=[Al(OH)2(H2O)4]++H+[Al(OH)2(H2O)4]+=[Al(OH)3(H2O)3]0+H+溶液的Ph值升高，水解程度增大精選課件溶膠－凝膠法應(yīng)用

—鋁溶膠制備及化學(xué)機(jī)理水解反響生成的沉淀[Al(OH)3(H2O)3]0在溶液酸度提高時(shí)，能夠溶解，變成離子，形成沉淀-膠溶反響〔Precipitation-Peptization〕n[Al(OH)3(H2O)3]0+xHNO3={[Al(OH)3(H2O)3]nHx}x++xNO3-膠溶反響中膠核呈正電性，外層吸附了電量相等的負(fù)電離子。精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用〔2〕

－功能材料中制備粉體材料La2O3La(NO3)3溶液HNO3Fe(NO3)3.6H2OFe(NO3)3溶液La:Fe=1:1檸檬酸LaFeO3的超細(xì)粉末10～100nmLa3+、Fe3+的檸檬酸溶液50～80℃含La3+、Fe3+的凝膠含La3+、Fe3+的溶膠60～90℃干凝膠熱處理120℃精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用

－功能材料中制備纖維Si(OCH3)4C2H5OHH2O,HClC2H5OHNdCl3.6H2O混合溶液凝膠纖維銣玻璃纖維粘性溶膠攪拌（室溫）放置、脫水（室溫～80％）拉纖維（室溫）加熱（10℃/h）500℃1h，冷卻至室溫精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用

－功能材料中制備膜材料Nd(NO3)3.6H2OH2O,HClC2H5OHC2H5OHSi(OCH3)4混合溶液粘性溶膠包覆膜保持2～4h，室溫包覆Nd.SiO2膜加熱1h精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用

－功能材料中制備單晶精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用

－功能材料中制備復(fù)合材料精選課件溶膠－凝膠法的應(yīng)用〔3〕

－催化劑的制備及應(yīng)用精選課件溶膠－凝膠法的優(yōu)勢(shì)起始原料是分子級(jí)的能制備較均勻的材料較高的純度組成成分較好控制，尤其適合制備多組分材料可降低程序中的溫度具有流變特性，可用于不同用途產(chǎn)品的制備可以控制孔隙度容易制備各種形狀精選課件溶膠－凝膠法的缺陷原料本錢(qián)較高存在殘留小孔洞存在殘留的碳較長(zhǎng)的反響時(shí)間有機(jī)溶劑對(duì)人體有一定的危害性精選課件溶膠－凝膠法的未來(lái)1