《溶胶凝胶法》PPT课件.ppt

1、第二章溶胶凝胶法，1，溶胶-凝胶法的基本概念溶胶-凝胶合成原理溶胶-凝胶合成工艺溶胶-凝胶合成法的应用，2，1。胶体(colloid):分散相粒子是一个小的分散体系，可以忽略分散相粒子的重力，粒子之间的相互作用主要是短程作用。第一节溶胶凝胶法的基本概念，第一节溶胶凝胶法的基本名词术语，2，2。溶胶(sol)是具有液体特征的胶体系统，在液体介质中分散了1100纳米粒子(基本单位)。3，溶胶的特征：(1)溶胶不是物质，而是“状态”。(。(2)与溶液类似的溶质溶剂溶液位于分散相分散介质溶胶(分散系)、4、(3)溶胶的稳定性、5、亲液溶胶分散相和分散介质之间，没有明显的相位界面。热力学稳定体系仇恨液溶

2、胶分散相和分散介质之间的亲和力较弱。有明显的相位界面。热力学不稳定系统，6，3凝胶(Gel):具有固体特性的胶体系统；分散的物质形成连续的网状骨架。骨骼间隙中填充了液体或气体。凝胶的分散相含量很低，通常在13，6，分散相介质中，分为凝胶，醇凝胶，气凝胶，7，Sol:孤立的小颗粒或大分子，分散在溶液中的胶体体系。Gel:一种具有固体特性的胶体系统，由小粒子聚集在一起形成三维网状结构，在凝胶中渗透连续散射介质。7，4。溶胶和凝胶的比较，8，这种特殊的网格结构是凝胶中高比例表面，溶胶和凝胶的结构差异，4。gel point time(凝胶时间):在完成凝胶的大分子聚合过程中，最后结合的时间。5 .前

3、体：使用的起始原料。6 .金属烷氧基：有机醇-OH的H是用金属代替的有机化合物。9，2，溶胶凝胶连接1)溶胶凝胶切换；2)凝胶具有尿变性；(凝胶可以转化为溶胶)3)凝胶和溶胶可以共存，形成复杂的胶体体系。10，11，11，3.1溶胶系统的相互作用，3，溶胶稳定性理论，范德华力库伦力空间阻力，溶胶的相对稳定性或凝聚由斥力势能和重力力的相对大小，12，12，逆离子传记中心组成的平面称为Stern平面。由于离子的溶剂化作用，粒子移动时致密的层与一定数量的溶剂分子一起移动，因此滑动的切面显示为比Stern层稍右的曲线。从固体表面到Stern平面，电位从0线下降到14，14，粒子间的总相互作用能量：T=

4、A R (1)粒子间的吸收能量(A) (2)粒子间排斥能量(R) (3)特征：阻止粒子间粒子接触的壁垒第一极最小值(耦合粒子)有第二极最小值(可逆凝聚)牙齿，3.3是提高溶胶稳定性的方法。增加阻挡层高度，阻止粒子徐璐接近，16，增加胶体的电荷量，比特电阻效应溶剂化效应，17，1，原理，第二节溶胶-凝胶合成原理，17，2，溶胶-凝胶法基本反应，2.1溶剂化，2.2水解反应(溶胶)，18，2.3缩聚反应(凝胶)失水反应：无酒精反应：19，水解反应溶胶-凝胶的主要反应金属无机盐在水分解成明胶颗粒的溶胶凝胶化后，形成明胶金属净盐，在溶剂中水解形成凝胶，减少胶体表面的正电荷。降低挡墙高度；其中：A是在粘

5、合剂过程中添加的酸根离子。胶体粒子脱水；扩散层中电解质浓度增加了。凝胶化能量路逐渐减少。碱性胶凝：醇-金属烷氧基体系的水解反应，24，3.2醇-金属烷氧基体系溶胶-凝胶反应，25，酸催化剂(亲电子替代):水解速度逐渐下降，碱催化剂(亲核替代):水解速度逐渐加快，20米(或)(3)溶胶-凝胶切换(4)湿凝胶老化；(5)凝胶的干燥；(6)干凝聚胶的热处理。30，第三节溶胶凝胶法制造工艺，烷氧基溶胶-凝胶法基本工艺过程图表，金属烷氧基，溶剂(甲醇、乙醇等)，水和催化剂(酸或弱碱)，溶胶，湿凝胶，水解，缩聚；1.1原料选择：纯盐、无机盐溶剂催化剂和螯合物添加剂，34，非常活跃的金属M=Li，Na，K，

6、Ca，Sr，Ba，水成分危机中的非活性金属催化剂(I2，HgCl2，HGA)加入大量的水容易形成高度交联的产物，37，1.2溶胶-凝胶法的工程控制，添加水与准备的溶胶的粘度和胶凝时间有关。使用的水的杨怡都超过化学计量量时，随着R牙齿的增加，胶体的粘度下降，凝胶时间延长。粉末体的晶粒大小随着水的杨怡增加而增加，比表面积在任何加法中具有很大的值。38，纯盐品种及其浓度影响相同元素的徐璐其他纯盐的水解率，有机基团越大，分子量越大，相应的分解率越小。Si(OCH3)4(液体)Si(OC2H5)4(液体)Si(OC3H7)4(液体)SI (OC4H9)，39，起始溶液中的纯盐浓度为溶剂，以适当的酒精添加

7、量为这将导致纯盐浓度下降，水解的纯盐分子间的碰撞概率下降，凝胶的胶凝时间延长。酒精的添加量太少，酒精浓度太高，水解缩聚物的浓度太高，容易引起颗粒的聚集或沉淀。，40，pH值的影响(催化剂的类型和使用)，为调整溶胶的pH值而添加的酸或碱实际上起到了催化剂的作用。徐璐有不同的催化机制。水解物的结构和形式不同。一般，酸性条件：茄子结构不太碱性条件：枝繁，41，温度的影响：优选低温下反应温度升高，溶胶和凝胶的制备时间温度升高，溶胶不稳定，液滴加速度过快，凝胶快，容易产生沉淀，42，催化剂和螯合物减缓水解反应率先沉淀，然后凝固，44，2.2浓缩法化学反应法：控制明胶的慢核和晶体生长，控制沉淀过程，直接获

8、得溶胶。改变介质法：同类物质在其他溶剂中溶解不好，在两性溶剂中溶解的物质添加不良溶剂后，溶解度下降，以胶体粒子的大小析出。(3)溶胶-凝胶的切换途径决定了胶体之间的力是否能克服聚集时的屏障作用。45、温度变化：溶解度的差异溶剂挥发：在分散相富集中添加郑智薰溶剂。用不良溶剂替换良好的溶剂，添加电解质。添加带反荷电荷的电解质，产生化学反应。产生交联反应，产生胶凝。(4)；奥斯特沃德熟化：凝胶在老化过程中，粒子的曲率半径不同，溶解度不同，因此大小粒子根据溶解度增加平均粒子大小。老化时间太短，粒子大小分布不均。时间太长，粒子长大后再聚在一起，很难形成超细结构。46，47，(5)湿凝胶的干燥，凝胶的干燥

9、过程：持续收缩和硬化引起的应力破裂干燥初期，液体填充在凝胶孔中，没有毛细管力。进一步蒸发，凝胶受到毛细管压力，将颗粒挤压在一起。凝胶中毛孔的孔径大小不均匀，毛细压力大小不相等，引起的应力差异导致凝胶开裂。48，凝胶裂纹的原因：毛细管作用力减小凝胶裂纹的方法：提高凝胶机械强度的方法：提高交联度，减少液体表面张力的方法：凝胶表面的疏水性：添加活性组分，使汽液界面消失的超临界干燥；用冷冻干燥法蒸发溶剂。，保持凝胶的原始分散结构，避免粒子的团聚和凝固，防止基于材质的粒子变粗糙，防止表面急剧下降，防止气孔大幅减少。超临界干燥技术，超临界状态的流体，气液界面消失，表面张力不再存在。凝胶毛孔没有表面张力引起

10、的额外压力。超临界水(SCW)温度高于临界温度374C。压力高于临界压力的22.1MPa密度高于临界密度0.32g/cm3，50，51，董洁干燥技术，基本原理：首先将干燥的溶液喷雾冷冻在冷冻剂中，然后通过低温低压真空干燥使溶剂升华以获得该物质。(6)明胶烧结过程，(6)目的：去除干凝胶的气孔，提高构成和显微结构的要求(低烧结温度，3，明胶合成生产设备，54，(1)制备过程温度低，(2)多元组分体系的化学均匀性。(3)反应过程(4)化学计量准确，易于改造。(5)准备的材料组均匀，产品纯度高。(6)可以得到传统方法无法得到的材料(薄膜、纤维)。(。原料成本高，有残留孔，残留碳更长的反应时间有机溶剂对人体有一定的危害。56，56，57，57，第四节溶胶凝胶法的应用，溶胶-凝胶法合成工艺类型，前驱体溶液，前驱体水解物sol，凝胶gel，粒子形成，化学添加剂，胶体，无机聚合物型，H2O催化剂，在徐璐其他溶胶-凝胶过程中凝胶的模板：准备好溶胶后，将上述溶液密封在内径40mm、长度250mm的聚甲