溶胶凝胶法及其应用

溶胶－凝胶法及其应用Sol-Gel目录溶胶-凝胶法的相关概念溶胶-凝胶法基本原理和工艺溶胶-凝胶法应用（TiO2薄膜的制备）溶胶-凝胶法制TiO2薄膜的性能研究一、溶胶－凝胶法的相关概念胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。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1～1000nm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（Sol）是由孤立的细小粒子或大分子组成，分散在溶液中的胶体体系。当液相为水时称为水溶胶（Hydrosol）;当为醇时称为醇溶胶（alcosol）。

凝胶（Gel）是一种由细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固态特征的胶态体系，凝胶中渗有连续的分散相介质。

按分散相介质不同可分为水凝胶（Hydrogel）、醇凝胶（alcogel）和气凝胶（aerogel）

沉淀物（precipitate）由孤立粒子聚集体组成而区别于凝胶。溶胶、凝胶和沉淀物的区分一、溶胶－凝胶法的相关概念

－溶胶与凝胶的结构比较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这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面。二、溶胶－凝胶法的基本原理

简单的讲，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，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。二、溶胶－凝胶法的基本原理溶剂化：M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+水解反应：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n缩聚反应失水缩聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O失醇缩聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH二、溶胶－凝胶法的基本原理

－水解反应机理二、溶胶－凝胶法的基本原理

－缩聚反应机理二、溶胶－凝胶法的工艺过程凝胶化干凝胶膜气凝胶干凝胶陶瓷三、溶胶－凝胶法应用

1.二氧化钛薄膜的制备1.1二氧化钛溶胶的制备在二氧化钛的制备中主要以钛酸丁酯、乙醇、去离子水以及冰醋酸和硝酸以一定的比例作为前驱溶液，在恒温磁力搅拌器上以一定的速度搅拌两小时，再在恒温水浴锅中（60℃）保温两小时，随后在室温下陈化以获得稳定的溶胶。三、溶胶-凝胶法应用

1.二氧化钛薄膜的制备溶胶陈化10h提拉四次干燥70℃保温10min400℃退火保温1h并随炉缓冷循环七次三、溶胶-凝胶法的应用二氧化钛薄膜截面形貌（SEM）四、二氧化钛薄膜的改性研究

二氧化钛薄膜作为近些年研究的热点，主要因为其光催化性能，以及由此产生的超亲水性和表面自清洁性能，而未经过修饰的二氧化钛薄膜其避光超亲水性能以及对可见光的利用性能不高，因此我们对其采取一定的修饰。

其修饰方式主要包括两个方面：①物理改性法②化学改性法四、二氧化钛薄膜的改性研究4.1物理改性法在二氧化钛薄膜中，影响固体表面的润湿性主要有两个方面：一是表面能，二是表面的微观结构。而表面自由能主要是受晶粒粒径的影响，粒径越小，表面自由能越高。表面的微观结构则主要受表面粗糙度、表面孔径影响。本文主要采取加入PEG的方式，改变二氧化钛薄膜的粗糙度。根据如下方程可知：Cosr=rCos:当90°时,r

随表面粗糙度的增加而降低,表面变得更加亲液.故提高表面粗糙度能够提高薄膜表面的表面能.四、二氧化钛薄膜的改性研究

本文选取相对分子量为2000的PEG作为改性物资，分别以一定的量加入到前驱溶液中混合搅拌均匀，形成稳定的溶胶，并根据前述度膜方法制成二氧化钛薄膜。分别选取PEG含量为0g,0.25g,0.5g,1.0g,2.0g作为对比。4.1物理改性四、二氧化钛薄膜的改性研究

4.1物理改性四、二氧化钛薄膜的改性研究

4.2化学改性未解决二氧化钛光生电子空穴的复合率高的问题，本文采用在二氧化钛掺杂金属离子，改变化学成分，考察改变化学成分对二氧化钛薄膜的影响。掺杂的金属粒子能够降低粒径，电子和空穴的分离效果较好。