溶胶凝胶原理及技术前沿
(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:
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):溶胶凝胶技术所用 的起始原料,一般为金属醇盐、金属乙酰 丙酮盐和金属有机酸盐。
2.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。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,金属有机化合物 则是M-C键结合。
1971年,德国的Dislich报道了金属醇盐水解得到溶胶,然后 胶凝化,再于923-973k的温度和100N的压力下进行处理,制 备得到SiO2-Na2O-Al2O3-K2O-B2O3多组分玻璃,引起了材料 学界的极大兴趣和重视; 1975年,B.E. Yoldas和M. Yamane等仔细将凝胶干燥,制得了 整块陶瓷材料和多孔透明氧化铝薄膜; 20世纪80年代以来,成为无机材料合成中的重要方法。
广义地说,胶体就是两种互不相溶 的介质宏观上相互分布均匀,微观上 分布不均匀,不均匀的尺度在纳米与 微米之间。 冰激淋,油漆,化妆品,沙拉酱中哪 些属于胶体? Hagen Daaz 冰淇淋为什么昂贵?
1.研磨法 用胶体磨将易碎的物 质磨细至胶粒范围,若是柔 韧性的物质, 必须先用液氮 硬化后再磨碎。图中所示的 盘式胶体磨中,C和 B是两片 由坚硬合金制成的磨盘,以 每分钟一万转的高速反向 旋 转,有很大的应切力。分散 相,分散介质和稳定剂同时 从A 加入,经C和B盘磨细后 从两者的狭缝中飞出,这样 形成的胶粒 可在1000nm之内。
4.电弧法极间距离,使之发 生电火花,这时表面金属 蒸发,但立即被水 冷却而 凝聚成胶粒。
5.化学反应法 通过复分解反 应,水解反应和氧化还原 等化学反应使生成物呈饱 和状态, 使初生成的难溶 物微粒结合成胶粒,在少 量稳定剂存在下形成溶胶, 这种 稳定剂一般是某一过 量的反应物。例如通过复 分解反应制备As2S3溶胶; 通过水解反应制水合氧化 铁溶胶;用氧化还原反应 制硫溶胶;用还原反应 制 金溶胶;用离子沉淀反应 制卤化银溶胶等。
6.更换溶剂发 更换溶剂法 是利用物质在不同溶剂 中溶解度的很大差异来 制备溶胶,而且 两种溶 剂要能完全互溶。例如 松香在酒精中溶解度大 而在水中溶解度很小, 将松香的酒精溶液滴入 水中可制备松香的水溶 胶。同理,将硫的丙酮 溶液 滴入90℃左右的热 水中,丙酮蒸发后可得 到硫的水溶胶。
7.蒸气骤冷法 蒸气骤冷法是一种物理凝 聚制备溶胶的方法。例 如将汞蒸气通入冷水中 就可 以得到汞的水溶胶。 在罗金斯基等人的仪器 中可制备碱金属的有机 溶胶。 如图所示,将金 属钠放在管4中,苯放在 管2中,管5中放液氮。 先将体系抽真 空,然后 适当加热管2和管4,使 金属钠和苯的蒸气同时 在管5外壁凝聚,当除 去管5中的液氮,凝聚在 外壁的混合蒸气熔化, 在管3中可收集到钠的苯 溶胶。
中文定义: 1)胶体的定义:分散相粒子的直径在1~100nm范围内的 均匀分散系。
2) 胶体: 人们把在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为 胶体颗粒。含有胶体颗粒的体系称为胶体体系。胶 体化学就是研究这些微小颗粒分散体系的科学。 备注:胶体颗粒的范围有人主张: 1~100nm;也有人主张:
1nm~1000nm(1μm)
1946年,J.J. E belman用SiCl4和乙醇混合后,在湿空气中发生 水解形成凝胶; 20世纪30年代,W. Geffcken证实该方法就是金属盐的水解和 胶凝化,可以制备氧化物薄膜,并制备得到SiO2薄膜;
1962-1969年德国Schott玻璃公司的Dislich采用上述工艺,制 备得到多组份氧化物透明薄膜,并发展了大尺寸玻璃复组份 复层氧化物镀膜技术,形成多项专利技术及玻璃商用产品。 该公司开发出遮阳玻璃后视镜和减反玻璃;
溶胶凝胶法
为什么要介绍这个方法?
1 传统材料的局限性 金属,陶瓷,高分子,复合材料 2 纳米材料的发展 3 功能材料的发展
提出新的要求:
纳米结构、微结构高度可控、纳米尺度复合……
1 什么是溶胶,什么是凝胶?
2 溶胶凝胶法的基本原理是什么?
3 有哪些影响因素,它们的影响规 律又是如何? 4 溶胶凝胶法可以做哪些事情?
2.胶溶法 将制备过程中由于 缺少稳定剂或由于过多电 解质存在而暂时聚集在 一 起的胶体粒子重新分散制 成溶胶称为胶溶法,这方 法只适用于新 鲜沉淀,如 果沉淀老化后,小粒子已 凝聚成大粒子,则无法再 前只用来制备乳状液。如 图所示,将分散相和分散 介质 两种不混溶的液体放 在样品管4中。样品管固 定在变压器油浴中,在两 个电极上通入高频电流, 使电极中间的石英片发生 机械振荡,产生频率 大于 16000Hz的超声波,使样 品管中的两个液相分散混 合成乳状液。
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。 (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)
序 言 溶胶-凝胶法
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