3.溶胶(sol)：又称胶体溶液。指在液体介质（主要是液 体）中分散了1~100nm粒子(基本单元)，且在分散体系 中保持固体物质不沉淀的胶体体系。溶胶也是指微小 的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停地进行布朗 运动的体系。
溶胶(sol)是 （1）溶胶不是物质而是一种“状态”。
溶胶中的固体粒子大小常在1~5nm，也就是在胶体 粒中的最小尺寸，因此比表面积十分大。
分散相 液体 固体 气体 液体 固体 液体 气体 分散介质分散介质 气体 气体 液体 液体 液体 固体 固体 示例 雾 烟 泡沫 牛乳 胶态石墨 矿石中的液态夹杂物 矿石中的气态夹杂物
（4）根据分散相对分散介质的亲、疏倾向，将溶胶分 成两类。 1)分散相具有亲近分散介质倾向的：称作亲液 （lyophilic）溶胶或乳胶，所谓水乳交融；
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。
七十年代初德国科学家报道了通过金属醉盐水解得 到溶胶，经过凝胶化得到多组分的凝胶，引起了材 料科学界的极大兴趣．这被认为是溶胶—凝胶技术 的真正开端．现代溶胶—凝胶技术的发展在于，得 到凝胶材料干燥时间是以天来计算，而不象从前那 样以年计算。
三、溶胶-凝胶法的应用领域
溶胶凝胶技术目前已经广泛应用于 电子、复合材料、生物、陶瓷、光学、 电磁学、热学、化学以及环境处理等 各个科学技术领域和材料科学的诸多 领域。
（2）最简单的溶胶与溶液在某些方面有相似之处： 溶质+溶剂→溶液 分散相+分散介质→溶胶(分散系)
(3)溶胶态的分散系由分散相和分散介质组成 1)分散介质:气体，即为气溶胶； 水，即水溶胶； 乙醇等有机液体； 也可以是固体。 2)分散相:可以是气体、液体或固体，
3)表1-1说明溶胶态分散系情况：
表1-1 溶胶态分散系示例
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，脱去其间溶剂而成为一种多孔空间结构的 干凝胶或气凝胶 →最后，经过烧结固化制备所需材 料。
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 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。
表1-3 溶胶-凝胶法制备产品的化学组成
化学式
SiO2 TiO2
产品举例
凝胶体、玻璃、纤维、薄膜、块 状体 TiO2纤维、薄膜
ZrO2
A12O3
ZrO2纤维、薄膜
多孔性氧化铝、薄膜
BaTiO3
LiNbO3 KTaO3 In2O-SnO2 LiAlO2 SiO2-B2O3-Na2O SiO2-TiO2-有机物
（3）第三步是将溶胶通过陈化得到湿凝胶。溶胶在 敞口或密闭的容器中放置时，由于溶剂蒸发或缩聚 反应继续进行而导致向凝胶的逐渐转变，此过程往 往伴随粒子的ostward熟化，即因大小粒子溶解度不 同而造成的平均粒径增加。在陈化过程中，胶体粒 子逐渐聚集形成网络结构，整个体系失去流动特性， 溶胶从牛顿型流体向宾汉型流体转变，并带有明显 的触变性，制品的成型如成纤、涂膜、浇注等可在 此期间完成。
（2）第二步是制备溶胶。制备溶胶有两种方法：聚 合法和颗粒法，两者间的差别是加水量多少。所谓 聚合溶胶，是在控制水解的条件下使水解产物及部 分未水解的醇盐分子之间继续聚合而形成的，因此 加水量很少；而粒子溶胶则是在加入大量水，使醇 盐充分水解的条件下形成的。金属醇盐的水解反应 和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控 制醇盐的水解、缩聚的条件如：加水量、催化剂和 溶液的pH值以及水解温度等，是制备高质量溶胶的 前提；
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）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。
5.胶凝时间(gel point time)：在完成凝胶的大分子聚合 过程中最后键合的时间。 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）
1、材料学方面的应用 (1) 高性能粒子探测器 (2) 隔热材料 (3) 声阻抗藕合材料 (4) 电介质材料 (5)有机/无机杂化材料
(6) 金属陶瓷涂层耐蚀材料 (7) 纳米级氧化物薄膜材料
(8) 橡胶工业的应用
(9) 在生物材料方面的应用
表1-2 溶胶-凝胶法制备产品的形状
形状 块状体 纤维 薄膜或涂层 粉末 制备方法 ①成形凝胶体加热 ②粉末成形体烧结 ①凝胶纤维加热 ②预制棒材拉制 浸渍提拉、旋涂或甩涂 等方法 ①凝胶粉末加热 ②凝胶微拉子沉淀
溶胶-凝胶原理及技术
The mechanism and technique of Sol-Gel process
主讲：黄剑锋教授
2011.3 陕西科技大学
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
1846年J.J.Ebelmen首先开展这方面的研究工作，20 世纪30年代W.Geffcken利用金属醇盐水解和胶凝化 制备出了氧化物薄膜，从而证实了这种方法的可行 性，但直到1971年德国联邦学者H.Dislich利用SolGel法成功制备出多组分玻璃之后，Sol-Gel法才引起 科学界的广泛关注，并得到迅速发展。从80年代初 期，Sol-Gel法开始被广泛应用于铁电材料、超导材 料、冶金粉末、陶瓷材料、薄膜的制备及其它材料 的制备等。
低温合成纤维
薄膜
成功 成功 成功 有希望 成功
多孔体
多孔氧化硅 显微气球(激光核融合 燃料) UO2球(凝胶球的烧结) 含有放射性元素的球 体 由Si(OEt)4-A1(OEt)3 的玻璃化 微细的氧化物粉末
成功 成功
核燃料放射性 废弃物 烧结原料粉末
成功 有希望 有希望 成功
2、溶胶-凝胶技术在催化剂及催化剂载体方 面的应用
2)分散相具有疏远分散介质倾向的：则称作憎液 (lyophobic)溶胶或悬胶。
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。
（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。
Hale Waihona Puke 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。
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。
（1）溶胶-凝胶技术制备金属-氧化物催化剂
（2）溶胶-凝胶技术在包容均相催化剂方面的 应用 3、溶胶-凝胶技术分析化学方面应用 （1）色谱分析中的应用 1）制备色谱填料
2）制备开管柱和电色谱固定相
3）在电分析中的应用
4）在光分析中的应用 （2）在生物化学方面的应用 4、其它方面
四、溶胶-凝胶法的基本过程 1.醇盐水解方法
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。