20世纪30年代W.Geffcken证实用金属醇盐的水解和凝胶化 可以制备氧化物薄膜。
1971年德国H.Dislich报道了通过金属醇盐水解制备了 SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。 1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整块陶瓷材料及多孔 透明氧化铝薄膜。 80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统 方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。
颗粒
颗粒
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溶胶－凝胶合成原理
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。
溶胶的 制备 先沉淀后解凝 控制沉淀过程 直接获得溶胶 溶胶-凝胶 转化 迫使胶粒间相互 靠近 控制电解质浓度 凝胶 干燥 加热蒸发 焙烧等
溶胶－凝胶法
报告人：谢园园
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溶胶-凝胶法的发展历程
溶胶-凝胶法基本概念
溶胶稳定理论 溶胶－凝胶合成原理 溶胶－凝胶合成工艺 溶胶－凝胶合成法的应用
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溶胶－凝胶法的发展历程
1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混合后，发 现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。
金属醇盐在溶剂中水解
缩合形成凝胶
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3.1 水－金属无机盐溶胶-凝胶反应
水解反应
浓缩法：控制反应直接
制备溶胶
分散法：金属无机盐在
室温下于过量
水中水解，形
成溶胶
M n nH2 O M (OH ) n nH
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水-金属无机盐体系的缩聚反应
胶粒脱水； 脱水凝胶化：
扩散层中电解质浓度增加；
5.前驱物(precursor)：所用的起始原料。
6.金属醇盐(metal alkoxide)：有机醇-OH上的H为 金属所取代的有机化合物。
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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)凝胶和溶胶可共存，组成复杂的胶态体系。
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溶胶稳定理论 1 溶胶体系的相互作用力
数量的溶剂分子一起移动，所以滑移的切动面由比Stern层略 右的曲线表示。 从固体表面到Stern平面，电位从0直线下降为
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DLVO理论： 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）
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＋
ΦT
6
3. 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
按分散相介质不同可分为水凝 胶、醇凝胶和气凝胶
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溶胶与凝胶的比较 Sol：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
（1）溶胶不是物质而是一种“状态”
（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)
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（3）溶胶的稳定性
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
凝胶化能垒逐渐减小。 调节pH值；
碱性凝胶化：
减少胶粒表面正电荷； 能垒高度降低；
xM ( H 2 O) n
z
yOH aA M x Ou (OH ) y 2u ( H 2 O) n Aa
( xz y a )
( xn u n) H 2 O
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其中：A－为胶溶过程中所加入的酸根离子。
聚集而成三维网状结构
的具有固态特征的胶态
体系，凝胶中渗有连续
的分散相介质。
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溶胶与凝胶的结构差异 溶胶 凝胶 无固定形状 固定形状 固相粒子自由运动 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
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4.凝胶时间(gel point time)：在完成凝胶的大分 子聚合过程中最后键合的时间。
范德华力
库伦力
空间阻力 溶胶的相对稳定性或聚沉取决于斥力势能和引 力势能的相对大小 12
2 DLVO理论（静电稳定理论、双电层排斥理论）
表面电荷层 双电层 溶液中反 号离子层 紧密层 扩散层
由反号离子电性中心构成的平面称为Stern平面
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由于离子的溶剂化作用，胶粒在移动时，紧密层会结合一定
3.2 醇-金属醇盐体系溶胶-凝胶反应
醇-金属醇盐体系的水解反应
M(OR)n x H 2 O M(OH)x OR n-x x ROH
( RO) 3 Si OR H 18OH ( RO) 3 Si18OH ROH
溶胶－凝胶法基本概念
一、溶胶-凝胶法基本名词术语
1. 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。
光源 凸透镜 光锥 丁达尔效应示意图
4
Fe(OH)3胶体
2. 溶胶(sol)
具有液体特征的胶体体系，在液体介质中分散了 1~100nm粒子(基本单元)。 溶胶的特点：
3 缩聚反应（凝胶）
失水 O M H 2O
19 失醇反应： M OR HO M M O M ROH
水解反应
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缩聚反应
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三、溶胶-凝胶主要反应 金属无机盐在水中水解成胶粒
含胶粒的溶胶经凝胶化后形成凝胶
微粒的物理稳定性取决于 总势能曲线上势垒的大小
第二极小值
－
第一极小值
特点： 粒子间存在阻止粒子接触的势垒 存在第一极小值（键合的团聚粒子） 存在第二极小值（可逆絮凝）
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3.3 提高溶胶稳定性的途径：

增加势垒的高度 阻止颗粒相互接近
增加胶粒的电荷量 利用位阻效应 溶剂化效应
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二、溶胶-凝胶法基本反应
1 溶剂化
M ( H 2O)
z n
M ( H 2O) n1 (OH )
( Z 1)
H

2 水解反应（溶胶）
M (OR ) n xH 2 O M (OH ) x (OR ) n x xROH M (OR ) n xH 2 O M (OH ) n nROH