第三章-溶胶凝胶法课件.pptxVIP

第 3 章 溶胶-凝胶合成 Ø基本概念 Ø溶胶-凝胶法发展历程 Ø溶胶-凝胶基本原理 Ø溶胶-凝胶合成 Ø溶胶-凝胶工艺过程 Ø溶胶-凝胶法特点 Ø溶胶-凝胶合成方法应用举例 3.1 溶胶-凝胶法的基本概念 (1) 胶体粒子：是指 10 – 10000Å (1000nm) 粒子 (2) 胶体体系是指分散介质(dispersing medium) 中含有分散相(dispersed phase)胶体粒子, 一般分为: A.气溶胶(Aerosol), 分散介质为气体 气- 固溶胶 (s/g) 如烟，含尘的空气 气-液溶胶 (l/g) 如雾，云 B.液溶胶, 分散介质为液体 液- 固溶胶(Sol, dispersion), (s/l) AlOOH 、AgI溶胶 液-液溶胶(Emusion), (l/l) 牛奶，石油原油等乳状液 液-气溶胶(Foam), (g/l) 泡沫 2 C. 固溶胶, 分散介质为固体 (固体乳胶) 固- 固溶胶(Solid dispersion ), (s/s), 有色玻璃， 不完全 互溶的合金 固-液溶胶(Solid emusion), (l/s), 如珍珠， 某些宝石 固-气溶胶(Solid (Foam) , (g/s ), 泡沫塑料 3 胶体体系的特点：多相不均匀性 多分散性，胶团结构 聚结的不稳定性 胶团组成与结构的不确定性 胶体溶液(溶胶)与真溶液的区别： 热力学上不稳定的物系 多相体系，分散相与分散质存在相界面 胶态粒子大小不一，要用平均胶团量 及其分布曲线表示 胶团无确定的组成与结构，且可分裂， 受外界条件和添加剂影响很大 4 Sol的判断 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶， 从侧面(即与光束垂直的方向)可以看到一个发光的 圆锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生 一点散射光，但远不如溶胶显著。 Tyndall效应实际 上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。 5 Sol的胶凝－凝胶 当溶胶发生热、化学变化，或溶剂失去时，使 胶体粒子浓度增加，粒子之间距离靠近，或荷 电为零，从而使胶体粒子的构成分子之间缩聚 或聚合，形成具有分散液体在空隙或胶团内的 三维网络结构，其过程称为胶凝，胶凝的产物 就叫凝胶。 6 3.1 溶胶-凝胶法的基本概念 溶胶( Sol ) ：是具有液体特征的胶体体系，分散 的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1 ~100nm之间。 凝胶( Gel ) ：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，骨架空隙中充有 液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在 1％~3％之间。 溶胶 无固定形状 固相粒子自由运动 凝胶 固定形状 固相粒子按一定网架结构固定 不能自由移动 凝胶 溶液 溶胶 溶胶 - 凝胶法： 就是用含高 化学活性组分 的 液体 化合物作前驱体 (金属有机醇盐或无机化合物)， 在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩 合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系， 溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络 结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶 剂。 凝胶经过干燥 (干凝胶) 、烧结固化制备出 分子乃至纳米亚结构的材料。 前驱体 凝胶 凝胶 缩聚 水解 溶解 溶液 溶胶 老化 Gel，凝胶 Products, 产物 Sol-gel process Sol，胶体 Gelation，溶胶凝胶转变 Solution, 溶液 11 1846年Ebelmen 发现凝胶 80年代后 玻璃、氧化物涂层 功能陶瓷粉料 复合氧化物陶瓷材料 1971年Dislich制备了 SiO2-B2O3-Al2O3-Na2O -K2O多组分玻璃 20世纪30年代 W.Geffcken采用金属 醇盐制备氧化物薄膜 1975年Yoldas 和 Yamane得到整块陶 瓷和透明氧化铝膜 3.2 溶胶-凝胶法的发展历程 (粉体、薄膜、纤维、晶须、块体) 1994年7月在美国加利福尼亚的圣地亚哥举 行的关于Sol－Gel光子学的会议上，展示了 三种很有前途的产品： 1. 西班牙的D.Levy小组演示了液晶显示器。 2. 爱尔兰的B.D.MacCraith发明的光纤传感器。 3. 法国的J.Livage制备的生物寄生检测器 溶胶凝胶的典型例子 豆腐, gel 豆浆， sol 14 溶胶凝胶是一个过程 果蔬豆腐、鱼肉豆腐、蛋白豆腐、七彩豆腐 … 15 豆腐—Gel 豆浆—Sol 黄豆、大豆 研磨、加热 豆腐果—Gel 加钙盐(石膏 ) 脱水(油炸) 溶胶体系中，由于静电引力 的存在会使溶液 中的反离子向颗粒表面靠拢，并排斥同离子，固 体