溶胶凝胶法中影响溶胶的因素

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,溶胶-凝胶法中溶胶的影响因素讨论,前言,1970 年后，溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法)作为一种高新制造技术，受到科技界和企业界的关注，在生产超细粉末、薄膜涂层、纤维等材料的工艺中受到广泛应用。,研究溶胶-凝胶法的,基本原理、工艺过程,的,影响因素,，总结溶胶凝胶法的优缺点。,水的加入量、温度、醇盐的滴加速度、反应液的 pH 都会影响溶胶-凝胶法的产品质量。,溶胶与凝胶结构的区别,溶胶,是具,液体特征,的胶体体系，分散的粒子大小在,11000 nm,之间，具有,流动性,，,无固定形状,。,凝胶,是具有,固体特征,的胶体体系，被分散的物质形成,连续的网状骨架,，,骨架,空隙充有液体或气体,，,无流动性,，,有固定形状,。,溶胶-凝胶法的基本原理,所用的,起始原料,(前驱物)一般为,金属醇盐,，也可用,某些盐类、氢氧化物、配合物,等。,其主要反应步骤：,前驱物溶于溶剂,(水或有机溶剂)中,形成均匀的溶液,，,溶质,与,溶剂,产生水解或,醇解反应,，,反应,生成物,聚集成,1 nm 左右的粒子,并组成,溶胶,，溶胶经,蒸发干燥,转变为凝胶,sol-gel,法工艺流程,溶胶的制备,将,金属醇盐,或,无机盐经过水解,、,缩合反应,形成溶胶，或经过,解凝,形成溶胶，该过程的主要影响因素有,水的加入量、pH、滴加速度、反应温度,等因素。,水的加入量,低于化学计量关系,所需要的消耗量时，随着,水量的增加，溶胶的时间会逐渐缩短。,超过化学计量关系,所需量时，,溶胶时间又会逐渐增长。,这是因为：,加入水量少,时，,醇盐水解速度较慢,而,延长了溶胶时间。,加水量大于化学计量,，,溶液相对稀释,，溶液,粘度下降,而使,成胶困难。,按化学计量加入,时，成胶的质量好，而且成胶时间相对短。,滴加速率,醇盐,易吸收,空气中,的,水水解凝固,，因此在滴加醇盐醇溶液时，其他因素一致情况下观察滴加速率，发现滴加速率明显影响溶胶时间。,滴加速率越快，凝胶速度也快，但速度快易造成,局部水解,过快而,聚合胶凝生成沉淀,，同时,一部分溶胶液未发生水解,最后导致,无法获得均一的凝胶,，所以在反应时还应辅以均匀搅拌，以保证得到均一的凝胶。,反应液的 pH,反应液的,pH 不同,，其,反应机理不同,，因而对,同一种金属醇盐的水解缩聚,，往往产生,结构,、,形态,不同的缩聚。,研究表明：,pH 较小时，缩聚反应速率远远大于水解反应,，水解由,H+,的,亲电机理,引起，缩聚反应在完全水解前已经开始，因此缩聚物交联度低。,pH 较大时，体系的水解反应体系由,OH,-,的,亲核取代,引起,，水解速度大于亲核速度，形成大分子聚合物，有较高的交联度，可按具体要生产的材料要求选择适宜的酸碱催化剂。,反应温度,温度升高，水解速率相应增大，胶粒分子动能增加，碰撞几率也增大，聚合速率快，从而导致溶胶时间缩短。,较高温度,下,溶剂醇,的挥发也加快，相当于,增加了反应物浓度,，也在一定程度上,加快了溶胶速率,。,但是,温度升高,也会导致,生成的溶胶相对不稳定,，且易,生成多种产物,的,水解产物聚合,。因此，在保证生成溶胶的情况下，尽可能在,较低温度,下进行，多以,室温,条件进行。,凝胶化,具,流动性的溶胶,通过,进一步缩聚,反应形成,不能流动的凝胶体系,。经,缩聚反应形成的溶胶溶液,在,陈化,时，聚合物进一步聚集长大成为,小粒子簇,，它们,相互碰撞,连接成,大粒子簇,，同时，,液相,被,包于固相骨架,中失去流动，形成凝胶。,陈化形成凝胶过程,中，会发生,Ostward 熟化,，即,大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒径的增加,。陈化时间过短，颗粒尺寸反而不均匀。时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构，由此可见，陈化时间的选择对产物的微观结构非常重要。,气凝胶,是一种,固体物质,形态，世界上,密度最小,的固体。当,凝胶脱去大部分溶剂,，使凝胶中,液体含量比固体含量少得多,，或凝胶的空间,网状结构,中充满的,介质,是,气体,，外表呈,固体状,，这即为,干凝胶,，也称为,气凝胶,。,气凝胶用途,防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据试验室的试验情况来看，如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶，那么，就算炸药直接炸中，对金属片也分毫无伤。,由于气凝胶中一般,80%以上是空气,，所以有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。,硅气凝胶,有低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。是一种较理想的,超声探测器,的,声阻耦合材料,。,参考文献,1冀勇斌，李铁虎，林起浪，等溶胶-凝胶法在材料制备中的应用J化工中间体，2005，(1)：31-33,2宋继芳溶胶-凝胶技术的研究进展J无机盐工业，2005，37(11)：14-16,3翟学良，刘伟华，宋双居，等溶胶-凝胶法制备功能陶瓷纤维材料研究进展J河北师范大学学报：自然科学版，2007，31(2)：233-236,4向飞，刘颖，朱时珍，等水基前驱体法制备 BST 铁电薄模的研究J西安工业学院学报，2005，25(1)：52,5于锦，孙雅茹，李灿权，等超细粉末 NdFeO,3,的制备及催化作用J稀士，1998，19(6)：70-72,6王君龙，梁国正，祝保林溶胶-凝胶法制备纳米 SiO,2,/CE 复合材料的研究J航空材料学报，2007，27(1)：61-64,谢谢！,