1、第二章第二章 溶膠溶膠-凝膠合成法凝膠合成法 2-1 溶膠與凝膠 溶膠（溶膠（solsol）：）：亦即膠體溶液，是指大小在亦即膠體溶液，是指大小在10101000 1000 之間的固體粒子分散于介質(zhì)中所形之間的固體粒子分散于介質(zhì)中所形成的多相體系。這里所指的介質(zhì)為液體。成的多相體系。這里所指的介質(zhì)為液體。 膠體顆粒之間存在吸引力，溶膠中膠體顆粒周膠體顆粒之間存在吸引力，溶膠中膠體顆粒周圍的雙電層之間又存在靜電斥力。當(dāng)斥力大于引圍的雙電層之間又存在靜電斥力。當(dāng)斥力大于引力時(shí)，膠體顆粒之間保持一定距離，溶膠體系力時(shí)，膠體顆粒之間保持一定距離，溶膠體系穩(wěn)定存在穩(wěn)定存在；當(dāng)引力大于斥力時(shí)，膠體顆粒會(huì)發(fā)

2、；當(dāng)引力大于斥力時(shí)，膠體顆粒會(huì)發(fā)生聚合，體系發(fā)生生聚合，體系發(fā)生聚沉聚沉。 凝膠（凝膠（gelgel）：）：可以通過(guò)改變某種條件可以通過(guò)改變某種條件 如降低溫度或如降低溫度或 控制溶膠中電解質(zhì)的濃度控制溶膠中電解質(zhì)的濃度等等 使膠體溶液（使膠體溶液（solsol）中的溶膠顆粒不能發(fā)生相中的溶膠顆粒不能發(fā)生相互位移，整個(gè)膠體溶液失去流動(dòng)性，變成半剛性互位移，整個(gè)膠體溶液失去流動(dòng)性，變成半剛性的固相體系，此種固相體系就是凝膠體（的固相體系，此種固相體系就是凝膠體（gelgel），），這種由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的過(guò)程被稱為這種由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的過(guò)程被稱為膠凝作用膠凝作用（gelation）。 柴葉豆腐：柴

3、葉豆腐：呈暗綠色，聞起來(lái)有一股獨(dú)特的草木呈暗綠色，聞起來(lái)有一股獨(dú)特的草木香味。夾在筷子上軟顫顫的，放進(jìn)嘴里香膩爽滑。香味。夾在筷子上軟顫顫的，放進(jìn)嘴里香膩爽滑。主料：主料：豆腐柴葉豆腐柴葉柴葉豆腐：柴葉豆腐：主料：主料：豆腐柴葉豆腐柴葉柴葉豆腐形成的主要外界影響因子柴葉豆腐形成的主要外界影響因子: 豆腐柴葉制備的濾汁（溶膠），在添加豆腐柴葉制備的濾汁（溶膠），在添加0.02%0.04%Mg2+或或Ca2+能形成膠凝強(qiáng)度適中的柴葉豆能形成膠凝強(qiáng)度適中的柴葉豆腐（凝膠）；腐（凝膠）； 調(diào)整濾汁調(diào)整濾汁pH在在45之間之間, 能形成固定形態(tài)、質(zhì)能形成固定形態(tài)、質(zhì)地均勻的柴葉豆腐地均勻的柴葉豆腐2-2

4、 2-2 溶膠溶膠- -凝膠合成法的基本過(guò)程凝膠合成法的基本過(guò)程 起始原料起始原料: :硝酸鹽、氯化物等含金屬無(wú)機(jī)物，硝酸鹽、氯化物等含金屬無(wú)機(jī)物，金屬醇鹽金屬醇鹽, , 醋酸鹽醋酸鹽, , 草酸鹽和金屬有機(jī)化合物等草酸鹽和金屬有機(jī)化合物等 基本過(guò)程基本過(guò)程: : (1) (1) 將原料將原料( (前驅(qū)體前驅(qū)體) )分散分散( (溶解溶解) )在溶劑在溶劑( (水水或有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑) )中中, ,經(jīng)過(guò)水解經(jīng)過(guò)水解( (或醇解或醇解) )反應(yīng)反應(yīng), ,反應(yīng)生反應(yīng)生成物縮合聚集形成溶膠成物縮合聚集形成溶膠; ; (2) (2) 再經(jīng)過(guò)膠凝作用或蒸出溶劑等制成凝膠再經(jīng)過(guò)膠凝作用或蒸出溶劑等制成凝

5、膠; ; (3) (3) 最后經(jīng)過(guò)干燥和熱處理制備出粉體粒子最后經(jīng)過(guò)干燥和熱處理制備出粉體粒子和所需材料和所需材料.2-3 2-3 鹽的水解鹽的水解- -聚合反應(yīng)聚合反應(yīng) 1)1)無(wú)機(jī)鹽的水解無(wú)機(jī)鹽的水解- -聚合反應(yīng)聚合反應(yīng) 2) 2) 金屬醇鹽的水解金屬醇鹽的水解- -聚合反應(yīng)聚合反應(yīng) 2-4 2-4 溶膠溶膠- -凝膠的轉(zhuǎn)化凝膠的轉(zhuǎn)化 溶膠的濃度小于溶膠的濃度小于10%10%，體系中含有大量的溶劑，體系中含有大量的溶劑( (水或醇水或醇).). 可通過(guò)化學(xué)方法控制溶膠中電解質(zhì)的濃度，實(shí)可通過(guò)化學(xué)方法控制溶膠中電解質(zhì)的濃度，實(shí)現(xiàn)膠凝作用，膠凝化過(guò)程只是體系失去流動(dòng)性，現(xiàn)膠凝作用，膠凝化過(guò)程

6、只是體系失去流動(dòng)性，體積不減小或只略為減小。體積不減小或只略為減小。 也可蒸發(fā)溶膠體系中的溶劑也可蒸發(fā)溶膠體系中的溶劑, , 使膠體顆粒互相使膠體顆粒互相靠近靠近, , 制得凝膠制得凝膠. . 2-52-5 溶膠溶膠- -凝膠法制備陶瓷粉體凝膠法制備陶瓷粉體及精細(xì)陶瓷材料及精細(xì)陶瓷材料 很多金屬氧化物陶瓷粉體是用該法制得的很多金屬氧化物陶瓷粉體是用該法制得的：ZrO2、TiO2、CeO2、Al2O3等。等。 用金屬有機(jī)化合物作為起始原料可以制備出用金屬有機(jī)化合物作為起始原料可以制備出非氧化物非氧化物Si3C4、SiC、Ti(C, N)等粒徑小于等粒徑小于100 nm 的超微粉體的超微粉體. .

7、 先進(jìn)陶瓷材料是由超微粉體燒結(jié)而成的。先進(jìn)陶瓷材料是由超微粉體燒結(jié)而成的。 例例 1 1. . 制備制備 CeOCeO2 2 納米粒子納米粒子: : 將草酸鈰用蒸餾水調(diào)成糊狀將草酸鈰用蒸餾水調(diào)成糊狀, ,滴加濃硝酸和滴加濃硝酸和雙氧水溶液雙氧水溶液, , 加熱使固體完全溶解加熱使固體完全溶解, , 再加入檸再加入檸檬酸檬酸, , 加水溶解成透明溶液加水溶解成透明溶液, , 于于5070 C 下緩慢蒸發(fā)形成溶膠下緩慢蒸發(fā)形成溶膠, , 繼續(xù)蒸發(fā)干燥繼續(xù)蒸發(fā)干燥, , 有大量氣泡產(chǎn)生有大量氣泡產(chǎn)生, , 并形成白并形成白色凝膠色凝膠, , 將凝膠于將凝膠于120 C 下干燥下干燥 12 h, 得到

8、淡黃色的得到淡黃色的干膠干膠, , 將干膠在不同溫度下處理可得到不同粒徑的將干膠在不同溫度下處理可得到不同粒徑的CeO2粉末粉末. . CeO CeO2 2粒徑隨焙燒溫度的變化粒徑隨焙燒溫度的變化 例例 2 2. . 溶膠溶膠- -凝膠法制備凝膠法制備 YBa2Cu3O7- 氧化物超氧化物超導(dǎo)薄膜（超導(dǎo)陶瓷薄膜）導(dǎo)薄膜（超導(dǎo)陶瓷薄膜）： 超導(dǎo)氧化物可通過(guò)多種合成路線制備，如高溫超導(dǎo)氧化物可通過(guò)多種合成路線制備，如高溫固相反應(yīng)、共沉淀技術(shù)、電子束沉積、濺射和激固相反應(yīng)、共沉淀技術(shù)、電子束沉積、濺射和激光蒸發(fā)等。光蒸發(fā)等。 高溫合成需要進(jìn)行多次反復(fù)地研磨和燒結(jié)，高溫合成需要進(jìn)行多次反復(fù)地研磨和燒結(jié)

9、， 其他合成方法則需要在特種條件下進(jìn)行。其他合成方法則需要在特種條件下進(jìn)行。 溶膠溶膠- -凝膠法制備凝膠法制備YBa2Cu3O7-超導(dǎo)氧化物工超導(dǎo)氧化物工藝簡(jiǎn)單，而且成本低。藝簡(jiǎn)單，而且成本低。 具體方法具體方法： 將將Y(OC3H7)3, Cu(O2CCH3)2H2O, Ba(OH)2溶于乙二醇中溶于乙二醇中, , 猛烈攪拌同時(shí)加熱猛烈攪拌同時(shí)加熱, , 然后蒸出然后蒸出溶劑得到凝膠溶劑得到凝膠, , 將凝膠涂在藍(lán)寶石的表面上將凝膠涂在藍(lán)寶石的表面上, , 然后在空氣中然后在空氣中于于950 C下灼燒下灼燒10分鐘分鐘, , 再涂再灼燒再涂再灼燒, , 重復(fù)數(shù)重復(fù)數(shù)次次, , 最后在最后在

10、550950 C下氧氣氛中退火下氧氣氛中退火512 h, 可可以得到均勻的以得到均勻的YBa2Cu3O7-薄膜薄膜, , 其超導(dǎo)性能其超導(dǎo)性能良好良好. 例例 3. 3. 溶膠溶膠- -凝膠凝膠法制備納米二氧法制備納米二氧化鈦化鈦 2-6 溶膠凝膠法的特點(diǎn)溶膠凝膠法的特點(diǎn): : 1) 1) 高度的化學(xué)均勻性高度的化學(xué)均勻性. . 由溶液制得溶膠由溶液制得溶膠, , 溶溶液是均勻的液是均勻的, , 所以膠體顆粒也是均勻的所以膠體顆粒也是均勻的. . 2) 2) 高純度高純度. . 沒(méi)有機(jī)械步驟沒(méi)有機(jī)械步驟, , 機(jī)械步驟會(huì)帶入機(jī)械步驟會(huì)帶入雜質(zhì)雜質(zhì). . 3) 3) 超微尺寸顆粒超微尺寸顆粒. . 粒徑小于粒徑小于0.1 0.1 微米微米(1000(1000埃埃, , 納米粒子納米粒子, , 納米陶瓷材料納米陶瓷材料).). 4) 4) 可以很均勻地?fù)饺胛⒘吭乜梢院芫鶆虻負(fù)饺胛⒘吭? , 實(shí)現(xiàn)分子水實(shí)現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜平上的均勻摻雜. . 5) 5) 可大幅降低制備材料所需的溫度可大幅降低制備材料所需的溫度, , 能在溫能在溫和條件下制備出陶瓷、玻璃、納米復(fù)合材料等功和條件下制備出陶瓷、玻璃、納米復(fù)合材料等功能材料能材料. . 6) 6) 溶膠和凝膠具有流變性溶膠和