溶胶凝胶法制备无机有机聚合物杂化材料的进展.pdfVIP

第2 1卷第1期 胶体与聚合物 Vol. 2 1 No. 1 2003年1月 Chinese Journal of Colloid Polymer Mar. 2003 溶胶─凝胶法制备无机/有机聚合物杂化材料的进展* 吴崇浩 王世敏 赵 雷 许祖勋 黎俊波 (湖北大学化学与材料科学学院 武汉 430062) 摘 要 介绍了溶胶─凝胶法制备无机/有机聚合物杂化材料的原理和基本过程 对杂化材料的制备方 法和结构特点进行了概述 并预测了发展方向 关键词 溶胶─凝胶法 无机/有机聚合物杂化材料 有机/无机杂化材料实现了有机高分子材料和无机材料的分子级复合[1~2] 兼具有两类材料的特 点 从而获得优异的性能或功能 无机/有机聚合物杂化材料的有机相区与无机相区尺寸均在纳米范 围内 有的甚至是分子水平级的 这种高度精细的混合使得杂化材料在光学透明性 可调折射率 及 热力学性能等方面表现出单一有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性能[3~5] 这种材料的形态 [6,7] 和性能可在相当大的范围内调节 目前已成为科学研究热点之一 [8] 溶胶─凝胶法 Sol─Gel 是制备无机/有机聚合物杂化材料的主要方法之一 与其它方法相 比 Sol-Gel法的优越之处在于反应温度较低 确保有机或有机活性分子保持其物理 化学特性 反 应从溶液开始 各种组分的比例很容易得到控制 反应组份在纳米级混合均匀 可以制备分子水平级 的杂化材料 从而避免相分离 降低光损耗 制备具有足够厚度且没有裂纹的光学薄膜 所以产品纯 度高 可以根据需要在反应的不同阶段得到薄膜 纤维 超细粉 微孔材料或块状复合材料 所以 Sol-Gel法制备技术一经出现 即在制备无机/有机聚合物杂化材料方面得到了迅猛的发展 已成为材 料科学领域中发展较快的新领域 [9] Sol─Gel法合成的有机/无机杂化材料根据两相间的界面本质可分为两类 第一类的两相间以强 的化学键相互联接 如共价键 离子键 配位键等 第一类两相间以次价力相互作用 如范德华力 氢键 静电作用或亲水疏水平衡等 所谓溶胶 凝胶过程是指将烷氧基金属或金属醇盐等前驱体在一定条件下水解缩合成溶胶 Sol 然后经溶剂挥发或加热等处理使溶液或溶胶转化为空间网状结构的无机氧化物凝胶 Gel 的过程 其中包括体系混合 凝胶化 陈化及干燥过程 [10] Sol─Gel反应通常包括烷氧基金属 或 元素 化合物[M(OR)x,M=Si Ti Zr Al Mo V W Ce等]的水解和水解后的羟基化合物缩合 缩 聚 过程 金属烷氧化物的活性顺序为Si(OR) Sn(OR) =Ti(OR) Zr(OR) =Ce(OR) [11] 过渡金属烷氧化物 4 4 4 4 4 [12] 因为活性极高 其水解速率极难控制 必须采用化学添加剂的方法来降低其活性 如采用无机酸 多羟基配体 -二酮及其衍生物等 这些配体可能不会完全从金属中心脱下来 仍然存在于最终材 料中 用溶胶─凝胶方法制备杂化材料时 一般将有机聚合物 或单体原位聚合 溶于能与水混溶的 有机溶剂 如四氢呋喃 N,N 二甲基甲酰胺等 中 将无机前驱体 如Si(OR) 等 溶于水中 两者 4