溶胶凝胶法的缺点课件

溶胶—凝胶法溶胶—凝胶法1溶胶—凝胶法基本名词术语

前驱物(precursor)：所用的起始原料。

金属醇盐(metal-alkoide)：有机醇一OH基上的H为金属所取代的有机化合物。

溶胶(sol)：又称胶体溶液，是在分散体系中保持固体物质不沉淀的胶体，这里的分散介质主要是液体。溶胶中的固体粒子大小常在1-5nm，也就是在胶体粒子的最小尺寸，因此比表面积十分大。溶胶—凝胶法基本名词术语前驱物(precursor)：所用2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。凝胶(gel)：亦称冻胶，是溶胶失去流动性后，一种富含液体的3

胶凝时间(8elpointtime)：在完成凝胶的大分子聚合过程中最后键合的时间。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及更多功能团的小分子化合物。胶凝时间(8elpointtime)：在完成凝胶的大分子4聚合物(polyrner)：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台物，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。聚合物(polyrner)：从至少含两个功能团的单体经聚合反5溶胶(sol)是指在液体介质中分散了l一100nm粒子(基本单元)的体系。溶胶也是指微小的同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)是指在液体介质中分散了l一100nm粒子(基本6凝胶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，它是合有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络。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。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.凝胶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7溶胶—凝胶技术大体为两种：金属有机醇盐的水解或聚合；无机盐或胶体在酸或碱中的溶解溶胶—凝胶技术大体为两种：金属有机醇盐的水解或聚合；无机盐或8溶胶—凝胶基本过程水解、缩合(缩聚)陈化以前驱体为骨架的三维聚合物或者是颗粒空间网络凝胶烧结固化干凝胶气凝胶所需材料干燥HClNH4ＯＨ溶胶—凝胶基本过程水解、缩合(缩聚)陈化以前驱体为骨架的三9可制备超细(10一100nm)、化学组成及形貌均匀的多种单一或复合氧化物粉料，已成为一种重要的超细粉的制备方法。从而广泛应用于制备有机—无机复合材料、薄膜、精细陶瓷等。可制备超细(10一100nm)、化学组成及形貌均匀的多种单一10制备溶胶聚合法颗粒法加水量控制水解充分水解水解温度加水量催化剂溶液的pH制备溶胶聚合法颗粒法加水量控制水解充分水解水解温度11湿凝胶溶胶平均粒径增加形成网络结构失去流动特性制品的成型如成纤、涂膜、浇注等可在此期间完成。湿凝胶溶胶平均粒径增加形成网络结构失去流动特性制品的成型如成12干凝胶湿凝胶干燥控制干燥条件化学添加剂超临界干燥技术干凝胶干凝胶湿凝胶干燥控制干燥条件化学添加剂超临界干燥技术干凝胶13热处理目的消除干凝胶小的气孔凝胶致密化热压烧结：成型和烧结同时完成的一种烧结方法凝胶的高比表面积，烧结温度低热处理目的消除干凝胶凝胶致密化热压烧结：成型和烧结同时完成的14溶胶凝胶法的缺点课件15热压烧结的特点热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。热压烧结的特点热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状16落胶—凝胶法的优点第一，通过简单的工艺和低廉的设备，即可得到比表面积很大的凝胶或粉末，与通常的焙融法线化学气相沉积法相比，暇烧成型温度较低，并正材料的强度韧性较高。第二，溶胶—凝胶法增进了多元组分体系的化学均勺性。第三，溶胶—凝胶反比过程易于控制，可以实现过程的完全而精确的控制，可以调控凝胶的微观结构。落胶—凝胶法的优点第一，通过简单的工艺和低廉的设备，即可17第四，该法制备材料掺杂的范围宽(包括渗杂的量和种类)，化学计量准确且易于改性。第五，溶胶—凝胶制备技术制备的材料组分均匀、产物的纯度很高。第六，可以得到一些用传统方法无法获得的材料。有机—无机复合材料兼具有机材料和天机材料的特点．如能存纳米大小或分子水平进行复合，增添一些纳米材料的特性，无机与有机界面的特性，得到有机—无机纳米复合材料。最后，溶胶—凝胶法从溶胶出发，从同—·种原料出发，通过简单反应过程，改变工艺即可获得不同的制品。可见，溶胶—凝胶法是一种宽范围、亚结构、大跨度的全维材料制备的湿化学方法。第四，该法制备材料掺杂的范围宽(包括渗杂的量和种类)，化学18溶胶—凝胶法的缺点第一，成本较高，而且有些对人们的健康有害(若加以防护可消除)。第二，反应涉及大量的过程变量，使其物化特性受到影响，从而影响合成材料的功能性。第三，工艺过程时间较长第四，所得到半成品制品容易产生开裂第五，制品中会残留细孔及HO—或C，后者易使制品带黑色。溶胶—凝胶法的缺点第一，成本较高，而且有些对人们的健康有害19第六，薄膜或涂层的厚度难以准确控制，另外薄膜的厚度均匀性也很难控制。第七，通常要获得没有絮凝的均匀溶胶，对于含有许多金属离子的体系来讲，也是一件困难的事情。第六，薄膜或涂层的厚度难以准确控制，另外薄膜的厚度均匀性也很20溶胶—凝胶技术存在的问题与发展方向①对硅体系以外其他体系的详细动力学知识；②与H2O、C2H5OH等普通溶剂相反的惰性溶剂的应用；③凝胶在陈化过程中发生的物理化学变化的深入认识；④多组分体系有关络合物的形成和反应特性；⑤非氧化物的溶胶—凝胶制备化学，⑥溶胶—凝放过程的计算机模拟。溶胶—凝胶技术存在的问题与发展方向①对硅体系以外其他体系的21工艺方面值得进一步探索的问题有：①较长的制备周期；②应力松弛，毛细管力的产生和消除，孔隙尺寸及其分布对凝胶干燥方法的影响，③在凝放下燥过程中加入化学添加剂的考察，非传统干燥方法探索；④凝胶烧结理论与动力学等。工艺方面值得进一步探索的问题有：22溶胶-凝胶过程的主要反应溶胶—凝胶过程通常分为两类：①金属盐在水中水解成胶粒，含胶粒的溶胶经凝胶化后形成凝胶；②金属醇盐在溶剂中水解缩合形成凝胶。在溶胶—凝胶过程中，化学反应决定了胶体结构和性能的变化，这对产品的性能有非常重要的影响。溶胶-凝胶过程的主要反应溶胶—凝胶过程通常分为两类：①金属23前驱体溶液的水解反应浓缩法和分散法的工艺流程前驱体溶液的水解反应浓缩法和分散法的工艺流程24金属原子的电负性越小，离子半径越大，最适配位数越大，配位不饱和度也越大，金属醇盐水解的活性就越强金属原子的电负性越小，离子半径越大，最适配位数越大，配位不饱25溶胶的缩聚反应溶胶的缩聚反应过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类过程。水-金属盐体系的缩段反应溶胶的缩聚反应溶胶的缩聚反应过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化26醇—金属醇盐体系的缩聚反应醇—金属醇盐体系的缩聚反应27润湿凝胶体的干燥过程变化润湿凝胶体的干燥过程变化28干燥过程恒速阶段第一降速阶段第二降速阶段单位面积上的蒸发速率不随时间变化，凝胶减少的体积与液体蒸发的体积相等，毛细压力的作用使得凝胶收缩变形凝胶不再收缩，孔内溶剂开始减小，蒸发主要集中在表面部分；凝胶表面温度低于环境温度；蒸发速率与环境温度和溶剂蒸气压直接相关干燥过程恒速阶段第一降速阶段第二降速阶段凝胶不再收缩，孔内溶29维持凝胶织构的干燥技术减小破坏织构的驱动力和增强凝胶网络的机械抵抗性来维持凝胶的织构。通常可采用以下措施：①减小液相的表面张力；⑦增大凝胶的孔径；②增强凝胶的机械强度；④使凝胶表面流水；⑤采用气液界面消失的超临界干燥；⑥采用冷冻干燥法蒸发溶剂。使用低表面张力的溶剂对于大孔凝胶是有效的，但是为保证均相反应在开始溶剂的相互匹配足相当复杂的。维持凝胶织构的干燥技术减小破坏织构的驱动力和增强凝胶网络的机30凝胶体烧结过程的变化凝胶的结构是一个非常复杂的问题，如就一个理想的单一分散系体作一理论上的考察，可山现三种情况(1)在微粒之间存在长程强斥力，从而组成有序的类晶体结构；(2在网络的相邻微粒之间存在短程强范德华引力；(3)在网络的相邻微粒之间存在长程范德华引力，从而由聚集程度签弱的微粒组成动态弹性网络。凝胶体烧结过程的变化凝胶的结构是一个非常复杂的问题，如就一31凝胶包含了很多种物质构造①短程有序结构，非常有序