溶胶凝胶法中影响溶胶的因素.pptx

溶胶-凝胶法中溶胶的影响因素讨论 前言 1970 年后，溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法)作为一种高新制造技术，受到科技界和企业界的关注，在生产超细粉末、薄膜涂层、纤维等材料的工艺中受到广泛应用。 研究溶胶-凝胶法的根本原理、工艺过程的影响因素，总结溶胶－凝胶法的优缺点。 水的参加量、温度、醇盐的滴加速度、反响液的 pH 都会影响溶胶-凝胶法的产品质量。 溶胶与凝胶结构的区别 溶胶是具液体特征的胶体体系，分散的粒子大小在 1～1000 nm 之间，具有流动性，无固定形状。 凝胶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，骨架空隙充有液体或气体，无流动性，有固定形状。 溶胶-凝胶法的根本原理 所用的起始原料(前驱物)一般为金属醇盐，也可用某些盐类、氢氧化物、配合物等。 其主要反响步骤：前驱物溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反响，反响生成物聚集成 1 nm 左右的粒子并组成溶胶，溶胶经蒸发枯燥转变为凝胶 sol-gel法工艺流程 ☆溶胶的制备 将金属醇盐或无机盐经过水解、缩合反响形成溶胶，或经过解凝形成溶胶，该过程的主要影响因素有水的参加量、pH、滴加速度、反响温度等因素。 水的参加量 ☆低于化学计量关系所需要的消耗量时，随着水量的增加，溶胶的时间会逐渐缩短。 ☆超过化学计量关系所需量时，溶胶时间又会逐渐增长。 这是因为： 参加水量少时，醇盐水解速度较慢而延长了溶胶时间。 加水量大于化学计量，溶液相对稀释，溶液粘度下降而使成胶困难。 按化学计量参加时，成胶的质量好，而且成胶时间相对短。 滴加速率 醇盐易吸收空气中的水水解凝固，因此在滴加醇盐醇溶液时，其他因素一致情况下观察滴加速率，发现滴加速率明显影响溶胶时间。 滴加速率越快，凝胶速度也快，但速度快易造成局部水解过快而聚合胶凝生成沉淀，同时一局部溶胶液未发生水解最后导致无法获得均一的凝胶，所以在反响时还应辅以均匀搅拌，以保证得到均一的凝胶。 反响液的 pH 反响液的 pH 不同，其反响机理不同，因而对同一种金属醇盐的水解缩聚，往往产生结构、形态不同的缩聚。 研究说明： pH 较小时，缩聚反响速率远远大于水解反响，水解由 H+的亲电机理引起，缩聚反响在完全水解前已经开始，因此缩聚物交联度低。 pH 较大时，体系的水解反响体系由[OH]-的亲核取代引起，水解速度大于亲核速度，形成大分子聚合物，有较高的交联度，可按具体要生产的材料要求选择适宜的酸碱催化剂。 反响温度 ☆温度升高，水解速率相应增大，胶粒分子动能增加，碰撞几率也增大，聚合速率快，从而导致溶胶时间缩短。 ☆较高温度下溶剂醇的挥发也加快，相当于增加了反响物浓度，也在一定程度上加快了溶胶速率。 但是温度升高也会导致生成的溶胶相对不稳定，且易生成多种产物的水解产物聚合。因此，在保证生成溶胶的情况下，尽可能在较低温度下进行，多以室温条件进行。 凝胶化 具流动性的溶胶通过进一步缩聚反响形成不能流动的凝胶体系。经缩聚反响形成的溶胶溶液在陈化时，聚合物进一步聚集长大成为小粒子簇，它们相互碰撞连接成大粒子簇，同时，液相被包于固相骨架中失去流动，形成凝胶。 陈化形成凝胶过程中，会发生 Ostward 熟化，即大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸反而不均匀。时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构，由此可见，陈化时间的选择对产物的微观结构非常重要。 气凝胶 是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。当凝胶脱去大局部溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。 气凝胶用途 防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据试验室的试验情况来看，如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶，那么，就算炸药直接炸中，对金属片也分毫无伤。 由于气凝胶中一般80%以上是空气，所以有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。 硅气凝胶有低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。 参考文献 [1]冀勇斌，李铁虎，林起浪，等．溶胶-凝胶法在材料制备中的应用[J]．化工中间体，2005，(1)：31-33． [2]宋继芳．溶胶-凝胶技术的研究进展[J]．无机盐工业，2005，37(11)：14-16． [3]翟学良，刘伟华，宋双居，等．溶胶-凝胶法制备功能陶瓷纤维材料研究进展[J]．河北师范大学学报：自然科学版，2007，31(2)：233-236． [4]向飞，刘颖，朱时珍，等．水基前驱体法制备 BST 铁电薄模的研究[J]．西安工业学院学报，2005，25(1)：52． [5]于