溶胶凝胶合成法.ppt

3.溶胶-凝胶工艺过程Sol-gel合成材料溶液－溶胶化凝胶化－成型固化处理超细粉和溶液机械混合形成胶液金属无机化合物或金属醇盐水解金属有机化合物水解干燥热处理溶胶-凝胶工艺过程第30页，共68页，星期日，2025年，2月5日前驱体溶液透明溶胶成膜过程成纤过程雾化收集湿凝胶薄膜纤维粉末干凝胶水和催化剂固化处理阶段成品凝胶成型过程3.溶胶-凝胶工艺过程第31页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数溶胶凝胶溶胶－凝胶凝胶处理干燥及热处理前驱体选择反应配比反应时间溶液pH值反应时间金属离子半径络合剂催化剂干燥方法热处理工艺老化方式老化时间静止老化加入老化液常压干燥超临界干燥冷冻干燥第32页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数前驱体选择金属醇盐金属无机盐易水解、技术成熟、可通过调节pH值控制反应进程价格昂贵、金属原子半径大的醇盐反应活性极大、在空气中易水解、不易大规模生产、受OR烷基的体积和配位影响价格低廉、易产业化受金属离子大小、电位性及配位数等多种因素影响第33页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数水解度的影响TEOS水金属醇盐物质量比水解度R水解度R≤2，水解反应则产生了部分水解的带有-OH的硅烷，从而消耗掉大部分水，缩聚反应较早发生，形成TEOS的二聚体，硅酸浓度减少，凝胶时间延长研究表明水解度R≥2，TEOS(正硅酸乙酯)水解反应使大部分的-OR基团脱离，产生-OH基团，形成了部分水解的带有-OH的硅烷，在这些部分水解的硅烷之间容易反应形成二聚体，这些二聚体不再进行水解，而是发生交联反应形成三维网络结构，从而缩短了凝胶化时间.第34页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数催化剂的影响反应速率pH值对TEOS水解、缩聚反应速率的影响第35页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数反应温度的影响反应温度对凝胶时间以及是否凝胶有直接关系升高温度可以缩短体系的凝胶时间提高温度对醇盐的水解有利对水解活性低的醇盐（如硅醇盐），常在加热下进行水解，当体系的温度升高后，体系中分子的平均动能增加，分子运动速率提高，这样就提高了反应基团之间的碰撞的几率，而且可以使更多的前驱体原料成为活化分子，这相当于提高了醇盐的水解活性，从而促进了水解反应的进行，最终缩短了凝胶时间。第36页，共68页，星期日，2025年，2月5日4.溶胶-凝胶工艺参数络合剂的使用前驱体溶解度小反应活性大水解速度过快络合剂减缓反应速率避免沉淀乙酰丙酮醋酸二乙醇胺Ti(OPri)4+AcAcH→Ti(OPri)AcAcH+PriOH(钛原子的配位数由4增加到5)例在水解初期，(OPri)配位体首先被水移走，然而AcAc配位可保持时间相当长的时间，甚至大量的水不能去除，在水解反应最后，仍有少量的钛原子与AcAcH键合，这些配位体阻止了进一步的聚合，形成稳定的胶体溶液第37页，共68页，星期日，2025年，2月5日反应实例第38页，共68页，星期日，2025年，2月5日溶胶－凝胶法应用（1）—气凝胶气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的纳米多孔网络固态非晶材料，其多孔率可达到80~99.8%，比表面积可高达到800~1000m2/g以上。气凝胶具有很低的密度，美国LarryHrubesh领导的研究者曾经制备了密度仅为0.003g/cm3的气凝胶，其密度仅为空气的三倍，被称为“固体烟”。前驱体溶胶水聚合凝胶气凝胶气凝胶形成示意图第39页，共68页，星期日，2025年，2月5日溶胶－凝胶法应用（1）—气凝胶水解缩聚脱水工艺流程第40页，共68页，星期日，2025年，2月5日气凝胶样品进行的表面形貌分析溶胶－凝胶法应用（1）—气凝胶第41页，共68页，星期日，2025年，2月5日溶胶凝胶法制备的氧化锆涂层溶胶－凝胶法应用（2）—ZrO2耐热涂层第42页，共68页，星期日，2025年，2月5日氧化锆涂层和基体的微观照片(a)镁合金基板；(b)氢氟酸处理的基板；(c)涂有氧化锆的涂层(低倍数)；(d)氧化锆的涂层(高倍数)溶胶－凝胶法应用（2）—ZrO2耐热涂层第43页，共68页，星期日，2025年，2月5日应用实例（3）：溶胶凝胶-自蔓延制备生物