【摘要】 溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法, 简称S-G 法)就是以无机物或金属醇盐作前驱体, 在液相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。

一、简介

溶胶-凝胶法(Sol-Gel 法, 简称S-G 法)就是以无机物或金属醇盐作前驱体, 在液相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。溶胶-凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化, 再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法[ 1] 。近年来, 溶胶-凝胶技术在玻璃、氧化物涂层和功能陶瓷粉料, 尤其是传统方法难以制备的复合氧化物材料、高临界温度(Tc)氧化物超导材料的合成中均得到成功的应用。

二、Sol-Gel 法的基本原理及特点

1 基本原理

Sol-Gel 法的基本反应步骤如下:

1)溶剂化:金属阳离子Mz+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)z+n , 为保持其配位数, 具有强烈释放H+的趋势。

2)水解反应:非电离式分子前驱物, 如金属醇盐M(OR)n 与水反应。

3)缩聚反应:按其所脱去分子种类, 可分为两类

a)失水缩聚

—M —OH +HO —M— =—M —O —M — +H2O

b)失醇缩聚

—M —OR+HO —M — =—M —O —M — +ROH

2 特点

溶胶-凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点:

1)由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液, 因此, 就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性, 在形成凝胶时, 反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合;

2)由于经过溶液反应步骤, 那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素, 实现分子水平上的均匀掺杂;

3)与固相反应相比, 化学反应将容易进行, 而且仅需要较低的合成温度, 一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内, 而固相反应时组分扩散是在微米范围内, 因此反应容易进行, 温度较低;

4)选择合适的条件可以制备各种新型材料。但是, 溶胶-凝胶法也不可避免的存在一些问题, 例如:原料金属醇盐成本较高;有机溶剂对人体有一定的危害性;整个溶胶-凝胶过程所需时间较长, 常需要几天或几周;存在残留小孔洞;存在残留的碳;在干燥过程中会逸出气体及有机物, 并产生收缩。

 

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