《溶膠凝膠法》PPT課件

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1、溶膠凝膠法介紹優(yōu)點：比較容易控制成核,容易控制顆粒的化學(xué)組成、形狀及大小,添加的微量成分和組成較均勻。缺點：極易引入雜質(zhì)(如部分陰離子等),造成所得粉體純度不夠。液相法是在液相中合成陶瓷材料，又稱濕化學(xué)法、溶液法等。溶膠-凝膠法沉淀法水解法噴霧法水熱法液相法1.溶膠—凝膠法(sol-gel)溶膠—凝膠法是60年代發(fā)展起來的一種制備玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的新工藝。其基本原理是：將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分，最后得到無機(jī)材料。納米顆粒醇鹽有機(jī)溶液溶膠凝膠蒸餾水水解縮合蒸發(fā)高溫煅燒將一種或

2、幾種鹽均勻分散在一種溶劑中，使它們成為透明狀的膠體，即成溶膠(sol)。將溶膠在一定條件下（溫度、酸堿度等）進(jìn)行老化處理，得到透明狀的凍狀物即稱凝膠(gel)。溶膠-凝膠法可精確控制各組分的含量，使不同組分之間實現(xiàn)分子/原子水平上的均勻混合，而且整個過程簡單，工藝條件容易控制。溶膠、凝膠和沉淀物的區(qū)分溶膠（Sol）是由孤立的細(xì)小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體系。凝膠（Gel）是一種由細(xì)小粒子聚集而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系。(1)溶膠的制備有兩種方法制備溶膠先將部分或全部組分用適當(dāng)沉淀劑先沉淀出來，經(jīng)解凝，使原來團(tuán)聚的沉淀

3、顆粒分散成原始顆粒。因這種原始顆粒的大小一般在溶膠體系中膠核的大小范圍，因而可制得溶膠。通過對沉淀過程的仔細(xì)控制，使首先形成的顆粒不致團(tuán)聚為大顆粒而沉淀，從而直接得到膠體溶膠。溶膠中含大量的水，凝膠化過程中，使體系失去流動性，形成一種開放的骨架結(jié)構(gòu)。一是化學(xué)法，通過控制溶膠中的電解質(zhì)濃度；二是物理法，迫使膠粒間相互靠近，克服斥力，實現(xiàn)膠凝化。(2)溶膠—凝膠轉(zhuǎn)化由醇鹽法制備氧化物凝膠骨架示意圖(3)凝膠干燥一定條件下(如加熱)使溶劑蒸發(fā)，得到粉料．干燥過程中凝膠結(jié)構(gòu)變化很大。通常是以金屬有機(jī)醇鹽為原料，通過水解與縮聚反應(yīng)而制得溶膠，并進(jìn)一步縮

4、聚而得到凝膠。經(jīng)加熱去除有機(jī)溶液得到金屬氧化物超微粒子金屬醇鹽的水解和縮聚反應(yīng)可分別表示為：(i)化學(xué)均勻性好。由于溶膠—凝膠過程中，溶膠由溶液制得，故膠粒內(nèi)及膠粒間化學(xué)成分完全一致。（ⅱ）高純度：粉料(特別是多組份粉料)制備過程中無需機(jī)械混合。(ⅲ)顆粒細(xì)：膠粒尺寸小于0.1μm。溶膠—凝膠法的優(yōu)缺點（ⅳ）該法可容納不溶性組分或不沉淀組分。不溶性顆粒均勻地分散在含不產(chǎn)生沉淀的組分的溶液，經(jīng)膠凝化，不溶性組分可自然地固定在凝膠體系中。不溶性組分顆粒越細(xì)，體系化學(xué)均勻性越好。(v)烘干后的球形凝膠顆粒自身燒結(jié)溫度低，但凝膠顆粒之間燒結(jié)性差，即體

5、材料燒結(jié)性不好。(ⅵ)干燥時收縮大。兩種工藝對比示意圖硅酸乙脂水解制取的氧化硅小球2.沉淀法包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液，當(dāng)加入沉淀劑(如OH-，C2O42-，CO32-等)后，或于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出，并將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)熱分解或脫水即得到所需的氧化物粉料．(1)共沉淀法含多種陽離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法稱共沉淀法。(i)單相共沉淀：沉淀物為單一化合物或單相固溶體時，稱為單相共沉淀。例如，在Ba，Ti的硝酸鹽溶液中加入草酸沉淀劑后，形成了單相化

6、合物BaTiO（C2H2）2·4H20沉淀；這種方法的缺點是適用范圍很窄，僅對有限的草酸鹽沉淀適用。(ⅱ)混合物共沉淀如果沉淀產(chǎn)物為混合物時，稱為混合物共沉淀。溶液中不同種類的陽離子不能同時沉淀，各種離子沉淀的先后與溶液的pH值密切相關(guān)．Zr，Y，Mg，Ca的氯化物溶入水形成溶液，隨pH值的逐漸增大，各種金屬離子發(fā)生沉淀的pH值范圍不同，上述各種離子分別進(jìn)行沉淀，形成了水、氫氧化鋯和其它氫氧化物微粒的混合沉淀物。(2)均相沉淀法一般的沉淀過程是不平衡的，但如果控制溶液中的沉淀劑濃度，使之緩慢地增加，則使溶液中的沉淀處于平衡狀態(tài)，且沉淀能在整個

7、溶液中均勻地出現(xiàn)，這種方法稱為均相沉淀。通常是通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑慢慢地生成，從而克服了由外部向溶液中加沉淀劑而造成沉淀劑的局部不均勻性，結(jié)果沉淀不能在整個溶液中均勻出現(xiàn)的缺點。這種方法是利用一些金屬有機(jī)醇鹽能溶于有機(jī)溶劑并可能發(fā)生水解，生成氫氧化物或氧化物沉淀的特性，制備細(xì)粉料的一種方法。此種制備方法有以下特點(i)采用有機(jī)試劑作金屬醇鹽的溶劑，由于有機(jī)試劑純度高．因此氧化物粉體純度高。(ⅱ)可制備化學(xué)計量的復(fù)合金屬氧化物粉末。(3)金屬醇鹽水解法(i)金屬與醇反應(yīng)堿金屬、堿土金屬、鑭系等元素可以與醇直接反應(yīng)生成金屬醇鹽和氫。M十n

8、ROH一M(OR)n十n/2H2其中R為有機(jī)基團(tuán)，如烷基—C3H7，—C4H9等，M為金屬，Li，Na，K，Ca，Sr，Ba等強(qiáng)正電性元素在惰性氣氛下直接溶于醇而制