第一章溶胶凝胶法ppt课件

溶胶凝胶合成第第 一一 章章溶胶凝胶合成第一章1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分目目 录录基本概念基本概念溶胶溶胶-凝胶法发展历程凝胶法发展历程溶胶溶胶-凝胶基本原理凝胶基本原理溶胶溶胶-凝胶合成方法的适用范围凝胶合成方法的适用范围溶胶溶胶-凝胶工艺过程凝胶工艺过程溶胶溶胶-凝胶合成方法应用举例凝胶合成方法应用举例目录基本概念2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶基本概念3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶法的基本概念溶溶胶胶（Sol）是是具具有有液液体体特特征征的的胶胶体体体体系系，分分散散的的粒粒子子是是固固体体或者大分子，分散的粒子大小在或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之间。之间。凝凝胶胶（Gel）是是具具有有固固体体特特征征的的胶胶体体体体系系，被被分分散散的的物物质质形形成成连连续续的的网网状状骨骨架架，骨骨架架空空隙隙中中充充有有液液体体或或气气体体，凝凝胶胶中中分分散散相相的含量很低，一般在的含量很低，一般在13之间。之间。*特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积*溶胶凝胶法的基本概念*特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表4变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶溶胶胶凝凝胶胶法法：就就是是用用含含高高化化学学活活性性组组分分的的化化合合物物作作前前驱驱体体，在在液液相相下下将将这这些些原原料料均均匀匀混混合合，并并进进行行水水解解、缩缩合合化化学学反反应应，在在溶溶液液中中形形成成稳稳定定的的透透明明溶溶胶胶体体系系，溶溶胶胶经经陈陈化化胶胶粒粒间间缓缓慢慢聚聚合合，形形成成三三维维空空间间网网络络结结构构的的凝凝胶胶，凝凝胶胶网网络络间间充充满满了了失失去去流流动动性性的的溶溶剂剂，形形成成凝凝胶胶。凝凝胶胶经经过过干干燥燥、烧烧结结固固化化制制备备出出分分子子乃至纳米亚结构的材料。乃至纳米亚结构的材料。溶胶凝胶法的基本概念溶解溶解前驱体前驱体溶液溶液溶胶溶胶凝胶凝胶凝胶凝胶水解水解缩聚缩聚老化老化溶胶凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相5变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶基本原理6变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.胶体稳定原理-DLVO理论1 1、双电层与双电层与电位电位溶溶胶胶体体系系中中，由由于于静静电电引引力力的的存存在在会会使使溶溶液液中中的的反反离离子子向向颗颗粒粒表表面面靠靠拢拢，并排斥同离子，固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电层结构。并排斥同离子，固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电层结构。被被吸吸附附的的离离子子与与固固体体表表面面结结合合牢牢固固，固固体体和和液液体体相相对对运运动动时时，固固体体带带动动部部分分反反离离子子一一起起滑滑动动。AB面面是是发发生生电电动动现现象象时时的的实实际际滑滑动动面面，滑滑动动面面上上的电位即的电位即电位。电位。电位等于零时的电位等于零时的pH点成为等电点。点成为等电点。0+ABDistancexfromsurface+-Particle Surfacechargeliquid1.胶体稳定原理-DLVO理论1、双电层与电位0+7变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分胶体稳定原理-DLVO理论颗粒间的范德华力双电层静电排斥能粒子间总作用能 溶溶胶胶是是固固体体或或大大分分子子颗颗粒粒分分散散于于液液相相的的胶胶体体体体系系，具具有有很很大大的的界界面面存存在在，界界面面原原子子的的吉吉布布斯斯自自由由能能比比内内部部原原子子高高，粒粒子子间间便便有有相相互互聚聚结结从而降低表面能的趋势。从而降低表面能的趋势。增增加加体体系系中中粒粒子子间间结结合合所所须须克克服服的的能能垒垒可可使使之之在在动动力力学学上上稳稳定定。增增加加粒粒子子间间能能垒垒通通常常有有三三个个基基本本途途径径：(1)使使胶胶粒粒带带表表面面电电荷荷；(2)利利用用空空间位阻效应；间位阻效应；(3)利用溶剂化效应。利用溶剂化效应。胶体稳定原理-DLVO理论颗粒间的范德华力双电层静电排斥能粒8变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶稳定机制溶溶胶胶颗颗粒粒表表面面电电荷荷来来自自胶胶粒粒晶晶格格离离子子的的选选择择性性电电离离，或或选选择择性性吸吸附溶剂中的离子。附溶剂中的离子。对对金金属属氧氧化化物物水水溶溶胶胶，一一般般优优先先吸吸附附H H或或OHOH。当当pHPZCpHPZC时时，胶胶粒表面带负电荷；反之，则带正电荷。粒表面带负电荷；反之，则带正电荷。根根据据DLVODLVO理理论论，胶胶粒粒受受到到双双电电层层斥斥力力和和长长程程范范德德华华引引力力二二种种作作用用，此此外外，胶胶粒粒间间相相互互作作用用还还有有分分子子间间的的范范德德华华力力和和由由表表层层价价电电子子重重叠引起的短程波恩斥力。叠引起的短程波恩斥力。溶胶稳定机制溶胶颗粒表面电荷来自胶粒晶格离子的选择性电离，或9变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.溶胶凝胶合成方法基本原理溶胶凝胶合成方法基本原理水解反应：M(OR)n+xH2O M(OH)x(OR)n-x+xR-OH 缩聚反应：(OR)n-1M-OH+HO-M(OR)n-1 (OR)n-1M-O-M(OR)n-1+H2O m(OR)n-2 M(OH)2 (OR)n-2M-Om+mH2O m(OR)n-3 M(OH)3 (OR)n-3M-Om+mH2O+mH+羟基与烷氧基之间也存在缩合反应:1、醇盐醇盐的水解-缩聚反应(OR)n-x(HO)x-lM-OH+ROM(OR)n-x-l(OH)x(OR)n-x(OH)M-O-M(OR)n-x-l(OH)x(OH)x+R-OH2.溶胶凝胶合成方法基本原理水解反应：M(OR)n+x10变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.溶胶凝胶合成方法基本原理 溶胶凝胶合成中常用的醇盐1、醇盐的水解-缩聚反应2.溶胶凝胶合成方法基本原理溶胶凝胶合成中常用的醇盐1、11变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶合成方法的适用范围12变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分块体材料多孔材料纤维材料复合材料复合材料粉体材料粉体材料薄膜及涂层材料溶胶凝胶块体材料多孔材料纤维材料复合材料粉体材料薄膜及溶胶凝胶13变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分u溶胶凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维结构，且每一维尺度溶胶凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维结构，且每一维尺度均大于均大于1mm1mm的各种形状且无裂纹的产物。的各种形状且无裂纹的产物。1.块体材料u根据所需获得材料的性能需求，将前驱体进行水解、溶胶、凝胶、老根据所需获得材料的性能需求，将前驱体进行水解、溶胶、凝胶、老化和干燥，最终通过热处理工艺获得材料化和干燥，最终通过热处理工艺获得材料。u该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点 。u可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等。u成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产。溶胶凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维结构，且每一维尺14变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 胶质晶态模板胶质晶态模板 结构性多孔复制品结构性多孔复制品 气凝胶块体气凝胶块体 气凝胶隔热气凝胶隔热2.多孔材料多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。将将金金属属醇醇盐盐溶溶解解于于低低级级醇醇中中，水水解解得得到到相相应应金金属属氧氧化化物物溶溶胶胶；调调节节pHpH值值，纳纳米米尺尺度度的的金金属属氧氧化化物物微微粒粒发发生生聚聚集集，形形成成无无定定形形网网络络结结构构的的凝凝胶胶。将将凝凝胶胶老老化化、干干燥燥并并作作热热处处理理，有有机机物物分分解解后后，得得到到多多孔孔金金属属氧氧化物材料（一般为陶瓷）化物材料（一般为陶瓷）溶胶凝胶溶胶凝胶模板工艺模板工艺多孔材料多孔材料胶质晶态模板结构性多孔复制品15变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶制备的Al2O3-YAG纤维3.纤维材料u前前驱驱体体经经反反应应形形成成类类线线性性无无机机聚聚合合物物或或络络合合物物，当当粘粘度度达达10100Pas时时，通通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维 u克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高初始原料初始原料混合搅拌前驱体溶胶前驱体溶胶浓缩粘性溶胶粘性溶胶纺丝凝胶纤维凝胶纤维干燥干燥热处理热处理陶瓷纤维陶瓷纤维溶胶凝胶制备的Al2O3-YAG纤维3.纤维材料前驱体经16变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.复合材料复合材料不同组分之间的复合材料组成和结构不同的纳米复合材料 组成和结构均不同的组分所制备的纳米复合材料凝胶与其中沉积相组成的复合材料干凝胶与金属相 之间的复合材料 有机无机杂化复合材料 解决了解决了材料材料的制备时在退火处理过的制备时在退火处理过程中，有机材料易分解的问题程中，有机材料易分解的问题4.复合材料复合材料不同组分之间的组成和结构不同的组成和结构17变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性溶胶凝胶制备陶瓷粉体具有制备工艺简单、无需昂贵的设备具有制备工艺简单、无需昂贵的设备大大增加多元组分体系化学均匀性大大增加多元组分体系化学均匀性反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构产物纯度高等产物纯度高等5.粉体材料n 采用溶胶凝胶合成法，将所需成分的前驱物配制成混合溶液，经凝胶化、采用溶胶凝胶合成法，将所需成分的前驱物配制成混合溶液，经凝胶化、热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末。凝胶中含有大量液相或气孔，在热处理过程中不易使粉末颗粒产生严重团聚凝胶中含有大量液相或气孔，在热处理过程中不易使粉末颗粒产生严重团聚同时此法易在制备过程中控制粉末颗粒度。同时此法易在制备过程中控制粉末颗粒度。钛酸四丁脂体系纳米钛酸四丁脂体系纳米TiO2粉末粉末材料可掺杂范围宽，化学计量准，易于改性溶胶凝胶制备陶瓷粉体具18变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分6.薄膜及涂层材料工工艺艺流流程程：将将溶溶液液或或溶溶胶胶通通过过浸浸渍渍法法或或旋旋转转涂涂膜膜法法在在基基板板上上形形成成液液膜膜，经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层 成成膜膜机机理理：采采用用适适当当方方法法使使经经过过处处理理的的陶陶瓷瓷基基底底和和溶溶胶胶相相接接触触，在在基基底底毛毛细细孔孔产产生生的的附附加加压压力力下下，溶溶胶胶倾倾向向于于进进入入基基底底孔孔隙隙，当当其其中中介介质质水水被被吸吸入入孔孔道道内内同同时时胶胶体体粒粒子子的的流流动动受受阻阻在在表表面面截截留留，增增浓浓，缩缩合合，聚聚结结而而成成为为一一层层凝凝胶胶膜膜。对对浸浸渍渍法法来来说说，凝凝胶胶膜膜的的厚厚度度与与浸浸渍渍时时间间的的平平方方根根成成正正比比，膜膜的的沉沉积积速速度度随随溶溶胶胶浓浓度度增增加加而而增增加加，随随基基底底孔孔径径增增加加而减小而减小优点：优点：膜层与基体的适当结合可获得基体材料原来没有的电学、光学、膜层与基体的适当结合可获得基体材料原来没有的电学、光学、化学和力学等方面的特殊性能化学和力学等方面的特殊性能6.薄膜及涂层材料工艺流程：将溶液或溶胶通过浸渍法或旋转涂膜19变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶法上溶胶凝胶法上涂层的涂层的PZT薄膜的微观照片薄膜的微观照片溶胶凝胶法上20变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶合成工艺21变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分不同溶胶凝胶过程中凝胶的形成不同溶胶凝胶过程中凝胶的形成微粒的形成微粒的形成(gel)前驱体溶液前驱体溶液络合物络合物前驱体水解产物前驱体水解产物(sol)凝胶凝胶(gel)化学添加剂化学添加剂调节调节pH值或值或加入电解质中和加入电解质中和微粒表面电荷微粒表面电荷蒸发溶剂蒸发溶剂H2O催化剂催化剂缩聚反应缩聚反应络合剂络合剂减压蒸发减压蒸发1.溶胶凝胶合成生产工艺种类不同溶胶凝胶过程中凝胶的形成微粒的形成(gel)前驱体溶22变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1.溶胶凝胶合成生产工艺种类1.溶胶凝胶合成生产工艺种类23变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分凝胶成型过程凝胶成型过程3.溶胶溶胶-凝胶工艺过程凝胶工艺过程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薄膜纤维纤维粉末粉末干凝胶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-凝胶工艺过程前驱体溶液透明溶胶成24变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数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25变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数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26变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数凝胶工艺参数水解度的影响物质量比物质量比水解度R2，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R2，TEOS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.4.溶胶-凝胶工艺参数水解度的影响TEOS水金属醇盐物质27变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数凝胶工艺参数催化剂的影响反应速率pH值对值对TEOS水解、缩聚反应速率的影响水解、缩聚反应速率的影响4.溶胶-凝胶工艺参数催化剂的影响反应速率pH值对TEO28变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数凝胶工艺参数反应温度的影响n 反应温度对凝胶时间以及是否凝胶有直接关系反应温度对凝胶时间以及是否凝胶有直接关系n 升高温度可以缩短体系的凝胶时间升高温度可以缩短体系的凝胶时间n 提高温度对醇盐的水解有利提高温度对醇盐的水解有利 对对水水解解活活性性低低的的醇醇盐盐（如如硅硅醇醇盐盐），常常在在加加热热下下进进行行水水解解，当当体体系系的的温温度度升升高高后后，体体系系中中分分子子的的平平均均动动能能增增加加，分分子子运运动动速速率率提提高高，这这样样就就提提高高了了反反应应基基团团之之间间的的碰碰撞撞的的几几率率，而而且且可可以以使使更更多多的的前前驱驱体体原原料料成成为为活活化化分分子子，这这相相当当于于提提高高了了醇醇盐盐的的水水解解活活性性，从从而而促促进进了了水水解解反反应应的的进行，最终缩短了凝胶时间。进行，最终缩短了凝胶时间。4.溶胶-凝胶工艺参数反应温度的影响反应温度对凝胶时29变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4.溶胶溶胶-凝胶工艺参数凝胶工艺参数络合剂的使用前驱体前驱体溶解度小溶解度小反应活性大反应活性大水解速度水解速度过快过快减缓反应速率避免沉淀乙酰丙酮醋酸二乙醇胺Ti(OPri)4+AcAcHTi(OPri)AcAcH+PriOH(钛原子的配位数由钛原子的配位数由4 4增加到增加到5)5)在在水水解解初初期期，(OPri)配配位位体体首首先先被被水水移移走走，然然而而AcAc配配位位可可保保持持时时间间相相当当长长的的时时间间，甚甚至至大大量量的的水水不不能能去去除除，在在水水解解反反应应最最后后，仍仍有有少少量量的的钛钛原原子子与与AcAcH键键合合，这这些些配配位位体体阻阻止了进一步的聚合，形成稳定的胶体溶液止了进一步的聚合，形成稳定的胶体溶液 4.溶胶-凝胶工艺参数络合剂的使用前驱体反应活性大水解速30变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分反应实例31变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶法应用（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8099.8%，比表面积可高达到8001000m2/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气凝胶形成示意图溶胶凝胶法应用（1）气凝胶气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子32变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶凝胶法应用（1）气凝胶水解水解缩聚缩聚脱水脱水工艺流程工艺流程溶胶凝胶法应用（1）气凝胶水解缩聚脱水工艺流程33变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分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34变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 下面以钽铌酸钾（下面以钽铌酸钾（KTa0.65Nb0.35O3，简写：，简写：KTN）粉末的制备来加以说明各种因素对凝粉末的制备来加以说明各种因素对凝胶形成的影响。胶形成的影响。下面以钽铌酸钾（KTa0.65Nb0.35O3，简写：35变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例例1：制备工艺过程：制备工艺过程：7.82g钾在氮气保护下溶于钾在氮气保护下溶于250ml乙醇乙醇52.76g乙醇钽溶于乙醇钽溶于50ml乙醇乙醇22.26g乙醇铌溶于乙醇铌溶于50ml乙醇乙醇 将以上三种溶液混合，并加入将以上三种溶液混合，并加入50ml乙醇，总乙醇，总盐浓度为盐浓度为1mol/L，其中，其中K/Ta/Nb=1/0.65/0.35，再加入，再加入400ml乙醇后，总盐浓乙醇后，总盐浓度为度为0.5mol/L例1：制备工艺过程：36变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 将将0.5mol/L溶液在温度溶液在温度11，相对湿度为，相对湿度为50%的空气中，放置的空气中，放置15天后形成干燥、透明天后形成干燥、透明的凝胶。然后在的凝胶。然后在750热处理热处理1h后，得到后，得到KTN，粒径粒径50-150nm。将0.5mol/L溶液在温度11，相对湿度为50%的37变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分溶胶、凝胶形成机理：溶胶、凝胶形成机理：（1）醇盐间的反应）醇盐间的反应三种醇盐：三种醇盐：KOC2H5-碱性醇盐碱性醇盐 Ta(OC2H5)5-酸性醇盐酸性醇盐 Nb(OC2H5)5-酸性醇盐酸性醇盐溶胶、凝胶形成机理：38变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分KOC2H5+Ta(OC2H5)5 KTa(OC2H5)6KOC2H5+Nb(OC2H5)5 KNb(OC2H5)6 溶液中存在五种物质：溶液中存在五种物质：KOC2H5，Ta(OC2H5)5，Nb(OC2H5)5，KTa(OC2H5)6，KNb(OC2H5)6 KOC2H5+Ta(OC2H5)5KTa(OC2H5)639变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）溶胶）溶胶-凝胶的形成（分凝胶的形成（分2个过程）个过程）A：五种物质的水解：五种物质的水解完全水解：完全水解：KOC2H5+H2O KOH+C2H5OH部分水解部分水解Ta(OC2H5)5+H2O Ta(OC2H5)4 OH+C2H5OHNb(OC2H5)5+H2O Nb(OC2H5)4 OH+C2H5OHKTa(OC2H5)6+H2O KTa(OC2H5)5OH+C2H5OHKNb(OC2H5)6+H2OKNb(OC2H5)5OH+C2H5OH（2）溶胶-凝胶的形成（分2个过程）40变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 B：缩合缩合-聚合反应聚合反应水解产物与前驱体、水解产物之间发生缩合水解产物与前驱体、水解产物之间发生缩合-聚合反应：聚合反应：KM(OC2H5)5OH+KM(OC2H5)5(OR)(OC2H5)5KM-O-MK(OC2H5)5+ROH（M=Ta，Nb）(OC2H5)5KM-O-MK(OC2H5)5+KM(OC2H5)5OH R=H(去水缩聚去水缩聚)，R=C2H5（去醇缩聚）（去醇缩聚）上上述述溶溶液液中中，不不断断水水解解，然然后后发发生生缩缩聚聚反反应应，分分子子越越来来越越大大，溶溶液液的的粘粘度度不不断断增增加加，最最终终形形成成凝凝胶胶。含金属含金属-氧氧-金属的网络结构的无机聚合物金属的网络结构的无机聚合物凝胶。凝胶。B：缩合-聚合反应41变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分影响溶胶影响溶胶-凝胶形成的因素：凝胶形成的因素：溶溶液液浓浓度度、有有机机介介质质组组成成、添添加加剂剂、湿湿度度、温温度等。度等。影响溶胶-凝胶形成的因素：42变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分各种因素对凝胶形成的影响各种因素对凝胶形成的影响A：前驱体浓度的影响：前驱体浓度的影响 将总盐浓度为将总盐浓度为1mol/L的溶液分别使的溶液分别使用乙醇稀释为：用乙醇稀释为：0.7、0.5、0.3、0.1、0.05 mol/L，在温度，在温度11、相对湿度、相对湿度50%的空气中放置一段时间后观察溶液情的空气中放置一段时间后观察溶液情况，见下表：况，见下表：各种因素对凝胶形成的影响43变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分浓度mol/L1.00.70.50.30.10.05时间h31248604824现象沉淀沉淀凝胶凝胶沉淀沉淀四种浓度(1.0、0.7、0.1、0.05)出现沉淀，两种浓度凝胶。出现沉淀的溶液浓度，或最高，或最低，中间凝胶？浓度mol/L1.00.70.50.30.10.05时44变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分原因：原因：高高浓浓度度溶溶液液(1.0、0.7)由由于于醇醇盐盐含含量量高高，吸吸收收的水分，水解很快，故产生沉淀；的水分，水解很快，故产生沉淀；低低浓浓度度溶溶液液(0.1、0.05)，醇醇盐盐含含量量低低，高高浓浓度度溶溶剂剂乙乙醇醇吸吸收收的的水水分分，导导致致醇醇盐盐很很快快水水解解发发生生沉淀。沉淀。中中等等浓浓度度下下，在在上上述述温温度度和和湿湿度度条条件件下下，醇醇盐盐的的水水解解速速度度与与水水解解产产物物缩缩聚聚速速度度相相当当，故故此此可可形形成成具有空间网络结构的聚合物具有空间网络结构的聚合物-凝胶。凝胶。原因：45变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分B 溶剂组成的影响溶剂组成的影响无无水水乙乙醇醇吸吸湿湿性性强强，浓浓度度高高和和浓浓度度低低的的溶溶液液不不易易形形成成凝凝胶胶；因因此此降降低低溶溶液液的的吸吸湿湿性性，对对凝凝胶胶的形成有利。的形成有利。苯苯的的吸吸湿湿性性低低，挥挥发发性性与与乙乙醇醇接接近近，因因此此用用苯苯-乙醇组成的混合溶剂有利于凝胶的形成。乙醇组成的混合溶剂有利于凝胶的形成。B溶剂组成的影响46变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分B 溶剂组成的影响溶剂组成的影响无无水水乙乙醇醇吸吸湿湿性性强强，浓浓度度高高和和浓浓度度低低的的溶溶液液不不易易形形成成凝凝胶胶；因因此此降降低低溶溶液液的的吸吸湿湿性性，对对凝凝胶胶的形成有利。的形成有利。苯苯的的吸吸湿湿性性低低，挥挥发发性性与与乙乙醇醇接接近近，因因此此用用苯苯-乙醇组成的混合溶剂有利于凝胶的形成。乙醇组成的混合溶剂有利于凝胶的形成。B溶剂组成的影响47变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分苯各种浓度下，11，50%相对温度下72h后情形：苯的含量（V%）对凝胶形成的影响苯各种浓度下，11，50%相对温度下72h后情形：48变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分C 添加剂的影响添加剂的影响C添加剂的影响49变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 乙酸含量大于乙酸含量大于5%（v%）后，均可形成凝胶。）后，均可形成凝胶。原因：原因：KM(OC2H5)6+HOAC KM(OC2H5)5(OAC)+C2H5OH 乙酸根替代了乙醇盐中部分乙氧基，降低了醇乙酸根替代了乙醇盐中部分乙氧基，降低了醇盐的活性，防止了醇盐的快速分解，有利于缩聚反盐的活性，防止了醇盐的快速分解，有利于缩聚反应。应。乙酸含量大于5%（v%）后，均可形成凝胶。50变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分D、湿度的影响湿度的影响 D、湿度的影响51变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分湿湿度度越越大大，吸吸收收水水分分越越快快，水水解解越越快快，不不利利于于形成凝胶。形成凝胶。因此相对湿度一般控制在因此相对湿度一般控制在50%。湿度越大，吸收水分越快，水解越快，不利于形成凝胶。52变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 E、温度的影响温度的影响 温度高即加快了水解，缩聚反应的速度，又促进温度高即加快了水解，缩聚反应的速度，又促进了溶剂的挥发，大大缩短了凝胶的形成时间。了溶剂的挥发，大大缩短了凝胶的形成时间。（相对湿度（相对湿度50%、0.5mol/L不同温度下形成不同温度下形成凝胶时间）凝胶时间）E、温度的影响53变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分结结 论论（1）浓度太高、太低都易形成沉淀。）浓度太高、太低都易形成沉淀。（2）加入吸湿性低的溶剂有利凝胶形成。）加入吸湿性低的溶剂有利凝胶形成。（3）一一些些添添加加剂剂可可以以降降低低醇醇盐盐活活性性，防防止止水水解解太快。太快。（4）湿度高，水解快不利形成凝胶。）湿度高，水解快不利形成凝胶。（5）提高温度可缩短凝胶形成时间。）提高温度可缩短凝胶形成时间。结论54变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例例 TiO2-CeO2复合氧化物（复合氧化物（CeTi2O6）的制备：）的制备：新型催化材料新型催化材料 将分析纯的将分析纯的Ti(OBu)4，Ce(NO3)3.6H2O用无水乙醇配制成用无水乙醇配制成50%的溶的溶液，按照液，按照2:1的的mol比将两种溶液混合，然后放比将两种溶液混合，然后放入相对湿度入相对湿度65%，温度，温度20的密封容器中，放的密封容器中，放置置72h后，混合溶液全部变成浅黄色透明凝胶，后，混合溶液全部变成浅黄色透明凝胶，在在700 煅烧煅烧3h后，得到后，得到CeTi2O6粉末粉末。例TiO2-CeO2复合氧化物（CeTi2O6）的制备：55变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Ex.3 溶胶凝胶法制备溶胶凝胶法制备 Cu0.1Ni0.66Mn2.24O4硝酸硝酸Cu、Ni、Mn溶液溶液加柠檬酸（加柠檬酸（nM:nCitric=1:2)，搅拌回流，温度搅拌回流，温度85 C调调pH5（用硝（用硝酸和氨水）酸和氨水）透明绿色溶液透明绿色溶液溶胶溶胶加适量乙二醇，搅拌回流，加适量乙二醇，搅拌回流，温度温度85 C凝胶凝胶干凝胶干凝胶超细粉体超细粉体煅烧煅烧干燥干燥Ex.3溶胶凝胶法制备Cu0.1Ni0.66Mn2.256变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分Sol-gel法的特点：法的特点：1.适用性较广，能合成种类繁多的复合氧化物粉体；适用性较广，能合成种类繁多的复合氧化物粉体；2.能合成纳米级超细粉体，粉体烧结活性较高；能合成纳米级超细粉体，粉体烧结活性较高；3.能准确控制粉体的化学计量、纯度较高；能准确控制粉体的化学计量、纯度较高；4.由于有机物含量较高，相对成本较高、效率较低；煅由于有机物含量较高，相对成本较高、效率较低；煅烧过程有氮化物排放，大规模生产容易造成空气污染。烧过程有氮化物排放，大规模生产容易造成空气污染。Sol-gel法的特点：57变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）溶胶-凝胶法工艺流程（2）溶胶-凝胶法工艺流程58变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件59变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件60变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件61变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件62变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件63变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件64变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件65变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件66变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件67变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件68变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件69变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第一章溶胶凝胶法ppt课件70