溶胶-凝胶原理及技术(前沿)
溶胶-凝胶原理及技术
玻璃陶瓷制备
玻璃陶瓷是一种无机非金属材料，通过溶胶-凝胶技术可以制备出具有优异性能的玻 璃陶瓷。
在制备过程中，溶胶-凝胶技术可以控制玻璃陶瓷的微观结构和相组成，从而获得具 有高强度、高硬度和优良热稳定性的玻璃陶瓷。
此外，通过溶胶-凝胶技术还可以制备出具有特定光学、电学和磁学性能的玻璃陶瓷， 广泛应用于光学仪器、电子器件和磁性材料等领域。
纳米材料和复合材料。
21世纪
溶胶-凝胶技术不断优化和发 展，在材料科学、化学、生物
学等领域得到广泛应用。
02 溶胶-凝胶原理
溶胶的制备
01
02
03
金属醇盐的水解
将金属醇盐与水进行反应， 生成相应的溶胶。
非金属醇盐的水解
非金属醇盐也可以通过水 解反应生成溶胶。
氧化还原反应
通过氧化还原反应制备溶 胶。
凝胶具有孔洞结构、高比表面积、良好的吸附性 能等性质。
应用领域
溶胶-凝胶技术广泛应用于材料科学、化学、生物 学等领域。
03 溶胶-凝胶技术制备材料
无机材料
陶瓷材料
通过溶胶-凝胶技术可以制备出高 纯度、高致密度的陶瓷材料，如
氧化物、氮化物、碳化物等。
玻璃材料
利用溶胶-凝胶技术可以制备出具 有特殊性能的玻璃材料，如光子玻 璃、微晶玻璃等。
催化剂载体制备
催化剂是一种能够加速化学反应的物质，而催化剂载体则是承载催化剂 的物质，通过溶胶-凝胶技术可以制备出具有优异性能的催化剂载体。
在制备过程中，溶胶-凝胶技术可以控制催化剂载体的孔结构、比表面积 和热稳定性等性能，从而获得具有高活性、高稳定性和优良再生性的催 化剂载体。
此外，通过溶胶-凝胶技术还可以制备出具有特定光学、电学和磁学性能 的催化剂载体，广泛应用于化工、环保和能源等领域。
溶胶凝胶法资料讲解
溶胶凝胶法溶胶—凝胶法制备粉体溶胶－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胶溶体系，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。
此方法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料。
一、基本原理溶胶是指固体或胶体粒子均匀分散在溶液之中，固体粒子尺寸为1nm左右，含有103—109个原子，比表面积大。
胶体粒子受到布朗运动的作用可以稳定持久地悬浮在液相之中，此外粒子的表面电荷引起的双电荷层使固体粒子更加均匀的分布在溶液之中。
凝胶是随着水分的蒸发，溶胶中固体粒子间聚合能量加强，逐渐失去流动而变成的半固态物质。
分散在溶液中的固体粒子间吸引力与排斥力相当，使得凝胶中固态、液态都存在的高分散状态。
溶胶-凝胶法是以无机聚合反应为基础，以金属醇盐或无机金属盐作为前驱物，用水作为水解剂，有醇为溶剂来制备高分子化合物。
在溶液中前驱物进行水解、缩合反应，形成凝胶。
传统的溶胶-凝胶体系中，反应物通常是金属醇盐，通过醇盐缩水而得到溶胶。
但由于稀土金属的醇盐易水解、成本高等问题，限制了溶胶—凝胶法在更多领域的应用。
因此在很多领域中应用较多的是络合溶胶-凝胶法。
该法在制备前驱液时添加强络合剂，通过可溶性络合物的形成减少前驱液中的自由离子，控制一系列实验条件，移去溶剂后得到凝胶，最后再通过分解的方法除去有机配体而得到粉体颗粒。
溶胶-凝胶过程具体包括以下两个反应过程：1.水解反应是把阴离子取代成羟基，诱发综合反应，形成链状或网状交联的聚合物，金属盐类水解：ML + nH2O → M(OH2)z+n+ L z-M(OH2)z+n→ M(OH)(OH)(z-1)+n-1+ H+2．缩聚反应是把OR或L和OH换去，转换成氧化态：M-OH + M-OH → M-O-M + H2OM-OH + M-OH → M-O-M + ROH聚合程度决定于原颗粒的大小，而聚合速度取决于水解速率。
溶胶。凝胶法的基本原理及应用
溶胶.凝胶法的基本原理及应用现状溶胶.凝胶法（SOI. 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。
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（P）氧化物超导材料的合成中均得到成功的应1 .基本原理S01. Gel法的基本反应步骤如下：1）溶剂化：金属阳离子M'吸引水分子形成溶剂单元M（H20）: +,为保持其配位数，具有强烈释放H+勺趋势。
2）水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M（OR。
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b）失醇缩聚2. 应用由于溶胶.凝胶技术在控制产品的成分及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已用该技术制成Li ' ra02、“ NbO、PbTjO,、Pb（Zj 孙）03 和BaTjO,, 等各种电子陶瓷材料。
特别是制备出形状各异的超导薄膜n0],高温超导纤维••… 等。
在光学方面该技术已被用于制备各种光学膜如高反射膜、减反射膜等和光导纤维、折射率梯度材料、有机染料掺杂型非线性光学材料等以及波导光栅、稀土发光材料等。
在热学方面用该技术制备的SiO：一Ti0 :玻璃非常均匀，热膨胀系数很小，化学稳定性也很好；已制成的InO，. SnQ （ITO）大面积透明导电薄膜具有很好的热镜性能；制成的si02气凝胶具有超绝热性能等特点。
4研究展望3. 目前，对溶胶一凝胶法的研究主要集中在以下几个方面：1）在工艺方面值得进一步探索的问题：较长的制备周期；应力松弛，毛细管力的产生和消除，孔隙尺寸及其分布对凝胶干燥方法的影响；在凝胶干燥过程中加入化学添加剂的考察，非传统干燥方法探索；凝胶烧结理论与动力学以及对最佳工艺（干燥、烧结工艺）的探索。
溶胶-凝胶成膜原理与分析原理
溶胶-凝胶成膜原理与分析原理1溶胶－凝胶技术的概述溶胶-凝胶工艺是通过溶胶-凝胶转变过程制备玻璃、陶瓷以及其它一些无机材料或复合材料的一种工艺。
一般的说，易水解的金属化合物，如氯化物、硝酸盐、金属醇盐等都适用于溶胶-凝胶工艺。
关于溶胶-凝胶法的定义范围有两种不同的看法，有人认为溶胶-凝胶过程包括液体溶液、硅胶、金属酸、金属氯化物等胶体悬浮液和金属醇盐溶液中所有的凝胶生长过程。
定义的关键是过程中有凝胶生成，而不强调凝胶生成的过程中是否形成了溶胶。
而一些人则认为溶胶-凝胶技术应体现出溶胶的性质，溶胶-凝胶技术指的是采用金属氧化物等的溶液制备胶态溶液，在加入稳定剂和调节剂的条件下控制凝胶过程。
溶胶-凝胶技术还包括凝胶的干燥和煅烧过程。
现在一般的看法倾向于前者的观点，认为 Sol-gel技术的特点在于凝胶的形成，而不在于是否经过了溶胶（sol）的过程。
1.1 溶胶－凝胶技术的发展过程采用溶胶-凝胶技术制备薄膜的历史相当悠久。
1939 年 W.Geffcken 和E.Berger 首次采用溶胶－凝胶浸渍法涂覆玻璃板，制备了改变玻璃光学反射性质的涂层，并取得了专利，在专利文献中首次提出溶胶-凝胶浸渍涂层工艺。
1959年德国特种玻璃股份公司采用溶胶凝胶浸渍涂层工艺开始批量生产汽车后视镜。
1962 年 H.Schroeder 在广泛研究光学涂层的基础上，发展了氧化物的薄膜物理。
随后 Dislich 和Leven等分别阐述了应用sol-gel 技术制备多组份氧化物的化学原理。
1969 年 Schott 玻璃公司以金属醇盐为原料，采用浸渍涂覆工艺生产出遮阳TiO2 涂层，应用于建筑物装潢用太阳能反射玻璃。
同年美国 Oak-Ridge 国家实验室（ORNL）应用 sol-gel 技术在无机溶液体系内制备出球状铀-钍核燃料，不仅使sol-gel 原料的成本大为降低，而且拓宽了 sol-gel 法的应用范围，使溶胶-凝胶法与实际工业过程联系更为密切，标志着溶胶-凝胶技术制备特性材料的真正开始。
溶胶凝胶法
溶胶—凝胶法制备粉体溶胶－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胶溶体系，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。
此方法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料。
一、基本原理溶胶是指固体或胶体粒子均匀分散在溶液之中，固体粒子尺寸为1nm左右，含有103—109个原子，比表面积大。
胶体粒子受到布朗运动的作用可以稳定持久地悬浮在液相之中，此外粒子的表面电荷引起的双电荷层使固体粒子更加均匀的分布在溶液之中。
凝胶是随着水分的蒸发，溶胶中固体粒子间聚合能量加强，逐渐失去流动而变成的半固态物质。
分散在溶液中的固体粒子间吸引力与排斥力相当，使得凝胶中固态、液态都存在的高分散状态。
溶胶-凝胶法是以无机聚合反应为基础，以金属醇盐或无机金属盐作为前驱物，用水作为水解剂，有醇为溶剂来制备高分子化合物。
在溶液中前驱物进行水解、缩合反应，形成凝胶。
传统的溶胶-凝胶体系中，反应物通常是金属醇盐，通过醇盐缩水而得到溶胶。
但由于稀土金属的醇盐易水解、成本高等问题，限制了溶胶—凝胶法在更多领域的应用。
因此在很多领域中应用较多的是络合溶胶-凝胶法。
该法在制备前驱液时添加强络合剂，通过可溶性络合物的形成减少前驱液中的自由离子，控制一系列实验条件，移去溶剂后得到凝胶，最后再通过分解的方法除去有机配体而得到粉体颗粒。
溶胶-凝胶过程具体包括以下两个反应过程：1.水解反应是把阴离子取代成羟基，诱发综合反应，形成链状或网状交联的聚合物，金属盐类水解：ML + nH2O →M(OH2)z+n + L z-M(OH2)z+n→M(OH)(OH)(z-1)+n-1 + H+2．缩聚反应是把OR或L和OH换去，转换成氧化态：M-OH + M-OH →M-O-M + H2OM-OH + M-OH →M-O-M + ROH聚合程度决定于原颗粒的大小，而聚合速度取决于水解速率。
溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜
溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜一、本文概述本文旨在探讨溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的工艺及其相关特性。
ZnO薄膜作为一种重要的半导体材料，在光电子器件、太阳能电池、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
溶胶-凝胶法作为一种制备薄膜材料的常用技术，具有工艺简单、成本低廉、易于控制等优点，因此受到广大研究者的关注。
本文将首先介绍溶胶-凝胶法的基本原理和步骤，然后详细阐述制备ZnO薄膜的具体过程，包括前驱体溶液的配制、溶胶的制备、凝胶的形成以及薄膜的成膜过程。
接着，我们将讨论制备过程中可能影响薄膜性能的因素，如溶胶浓度、凝胶温度、退火条件等，并通过实验验证这些因素的影响。
我们将对制备得到的ZnO薄膜进行表征和分析，包括其结构、形貌、光学性能和电学性能等方面。
通过对比不同制备条件下的薄膜性能，优化制备工艺参数，为实际应用提供指导。
本文的研究结果有望为ZnO薄膜的制备和应用提供有益的参考。
二、溶胶—凝胶法原理溶胶-凝胶法（Sol-Gel）是一种湿化学方法，用于制备无机材料，特别是氧化物薄膜。
该方法基于溶液中的化学反应，通过控制溶液中的化学反应条件，使溶液中的物质发生水解和缩聚反应，从而生成稳定的溶胶。
随着反应的进行，溶胶中的颗粒逐渐增大并相互连接，形成三维网络结构，最终转化为凝胶。
在制备ZnO薄膜的溶胶-凝胶法中，通常使用的起始原料是锌的盐类（如硝酸锌、醋酸锌等）和溶剂（如乙醇、水等）。
锌盐在溶剂中溶解形成溶液，然后通过加入水或其他催化剂引发水解反应。
水解产生的锌离子与溶剂中的羟基（OH-）结合，形成氢氧化锌（Zn(OH)2）的胶体颗粒。
这些胶体颗粒在溶液中均匀分散，形成溶胶。
随着反应的进行，溶胶中的氢氧化锌颗粒逐渐长大，并通过缩聚反应相互连接，形成三维的凝胶网络。
凝胶网络中的空隙被溶剂填充，形成湿凝胶。
湿凝胶经过陈化、干燥和热处理等步骤，去除溶剂和有机残留物，同时促进ZnO晶体的生长和结晶，最终得到ZnO薄膜。
溶胶-凝胶原理及技术(前沿)
（4）第四步是凝胶的干燥。湿凝胶内包裹着大 量溶剂和水，干燥过程往往伴随着很大的体积 收缩，因而很容易引起开裂，防止凝胶在干燥 过程中至关重要而又较为困难的一环，特别对 尺寸较大的块状材料，为此需要严格控制干燥 条件，或添加控制干燥的化学添加剂，或采用 超临界干燥技术。
第一章 溶胶-凝胶法的基本概念和特点 第二章 溶胶-凝胶法采用的原料 第三章 溶胶-凝胶过程的主要反应 第四章 溶胶-凝胶法制备块体材料 第五章 溶胶-凝胶法制备的纤维材料 第六章 溶胶-凝胶法制备纳米粉体 第七章 溶胶-凝胶法制备有机-无机复合材料 第八章 溶胶-凝胶法制备薄膜及涂层材料
第一章 溶胶-凝胶法的基本概念和特点
ZrO2玻璃 ZrO2、TiO2、A12O3、
BaTiO3陶瓷 SiO2-B2O3- A12O3(连接)
SiO2(连接) 高温超导陶瓷
CdSnO4(在板玻璃上) BaTiO3、SrTiO3、
PbTiO3 ZrO2、TiO2、SnO2、 A12O3、SiO2、V2O5等
高温超导陶瓷薄膜 SrAl2O4
凝胶体、玻璃、纤维、薄膜、块 状体
TiO2纤维、薄膜 ZrO2纤维、薄膜 多孔性氧化铝、薄膜 多晶膜电容器、薄膜 多晶膜电容器、薄膜 多晶膜电容器、薄膜
透明导电膜 多晶体
中空球(激光核融合载体) 、玻璃 有机-无机复合材料
表1-4溶胶-凝胶法的应用
项目 块状玻璃体 低温合成纤维
薄膜
应用
SiO2 SiO2-TiO2玻璃，SiO2-
（1）溶胶-凝胶技术制备金属-氧化物催化剂
（2）溶胶-凝胶技术在包容均相催化剂方面的 应用
3、溶胶-凝胶技术分析化学方面应用 （1）色谱分析中的应用 1）制备色谱填料
溶胶-凝胶原理与纳米材料的制备
溶胶-凝胶原理与纳米材料的制备溶胶-凝胶法是制备纳米材料的一种常用方法，它基于溶胶-凝胶原理，通过控制溶胶的化学成分、pH值、温度、反应时间等条件，使得溶胶逐渐凝胶化，最终形成具有纳米级尺寸的凝胶体系。
溶胶-凝胶法是一种可控制、灵活性高、适用范围广的制备纳米材料的方法。
溶胶-凝胶法的基本原理包括三个方面：溶胶的制备、凝胶化和热处理。
首先是溶胶的制备，溶胶可以是一种单一的化学物质，也可以是多种化学物质组成的复合体系。
不同化学成分的溶胶在反应过程中起到不同的作用，例如，有些材料可以作为前驱体，在热处理过程中形成目标纳米材料的晶相；有些材料可以作为协同剂，调节溶胶的粘度、表面张力等性质；有些材料则是稳定剂，防止凝胶体系聚集或分解。
其次是凝胶化，凝胶化是指溶胶的胶态转化过程。
在凝胶化过程中，溶胶中的化学反应、聚合或交联等作用导致溶胶逐渐成为一种具有凝胶状态的物质。
凝胶化过程的速度和程度可以通过控制溶胶的条件和参数进行调节。
凝胶化的过程和结果会直接影响到最终制备出的纳米材料的性质和效果。
最后是热处理，热处理是指将凝胶体系在高温下加热处理一段时间，使得原先的凝胶体系发生相应的化学反应、热稳定性变化等，最终形成目标纳米材料。
热处理的条件和温度对产物的晶相、尺寸、形貌等影响非常大，掌握好这个环节可以最大限度地控制目标纳米材料的性质和效果。
溶胶-凝胶法制备纳米材料具有很多优点。
首先，它是一种灵活、可控的制备方法，可以调节制备过程中的参数和条件，以适应不同纳米材料的制备需求；其次，它是一种比较纯净、绿色的制备方法，不需要使用大量的有害溶剂和助剂；再次，通过溶胶-凝胶法制备的纳米材料通常具有良好的均匀性和高度定向性，可以在很多领域里得到应用，例如，电子设备、催化剂、生物医学等。
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3.溶胶(sol)：又称胶体溶液。指在液体介质（主要是液 体）中分散了1~100nm粒子(基本单元)，且在分散体系 中保持固体物质不沉淀的胶体体系。溶胶也是指微小 的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停地进行布朗 运动的体系。
溶胶(sol)是 （1）溶胶不是物质而是一种“状态”。
溶胶中的固体粒子大小常在1~5nm，也就是在胶体 粒中的最小尺寸，因此比表面积十分大。
分散相 液体 固体 气体 液体 固体 液体 气体 分散介质分散介质 气体 气体 液体 液体 液体 固体 固体 示例 雾 烟 泡沫 牛乳 胶态石墨 矿石中的液态夹杂物 矿石中的气态夹杂物
（4）根据分散相对分散介质的亲、疏倾向，将溶胶分 成两类。 1)分散相具有亲近分散介质倾向的：称作亲液 （lyophilic）溶胶或乳胶，所谓水乳交融；
2)凝胶可能具有触变性：在振摇、超声波或其他能产 生内应力的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。
3)溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚 合过程。 4)上述作用一经停止，则凝胶又恢复原状，凝胶和溶 胶也可共存，组成一更为复杂的胶态体系。
5)溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否 能够克服凝聚时的势垒作用。因此，增加胶粒的电荷 量，利用位阻效应和利用溶剂化效应等，都可以使溶 胶更稳定，凝胶更困难；反之，则更容易形成凝胶。
七十年代初德国科学家报道了通过金属醉盐水解得 到溶胶，经过凝胶化得到多组分的凝胶，引起了材 料科学界的极大兴趣．这被认为是溶胶—凝胶技术 的真正开端．现代溶胶—凝胶技术的发展在于，得 到凝胶材料干燥时间是以天来计算，而不象从前那 样以年计算。
三、溶胶-凝胶法的应用领域
溶胶凝胶技术目前已经广泛应用于 电子、复合材料、生物、陶瓷、光学、 电磁学、热学、化学以及环境处理等 各个科学技术领域和材料科学的诸多 领域。
（2）最简单的溶胶与溶液在某些方面有相似之处： 溶质+溶剂→溶液 分散相+分散介质→溶胶(分散系)
(3)溶胶态的分散系由分散相和分散介质组成 1)分散介质:气体，即为气溶胶； 水，即水溶胶； 乙醇等有机液体； 也可以是固体。 2)分散相:可以是气体、液体或固体，
3)表1-1说明溶胶态分散系情况：
表1-1 溶胶态分散系示例
流程：利用液体化学试剂(或将粉末溶于溶剂)为原料 (高化学活性的含材料成分的化合物前驱体)→在液相 下将这些原料均匀混合 →进行一系列的水解、缩合 (缩聚)的化学反应→ 在溶液中形成稳定的透明溶胶液 体系 →溶胶经过陈化→ 胶粒间缓慢聚合，形成以前 驱体为骨架的三维聚合物或者是颗粒空间网络，网络 中其间充满失去流动性的溶剂，形成凝胶→ 凝胶再 经过干燥，脱去其间溶剂而成为一种多孔空间结构的 干凝胶或气凝胶 →最后，经过烧结固化制备所需材 料。
溶胶-凝胶法：研究的主要是胶体分散体系的一些物 化性能。 胶体分散体系：是指分散相的大小在1nm~100nm之 间的分散体系。 在此范围内的粒子，具有特殊的物理化学性质。 分散相的粒子可以是气体、液体或固体，比较重要 的是固体分散在液体中的胶体分散体系——溶胶 （sol）。
9.溶胶-凝胶技术：是一种由金属有机化合物、金属无 机化合物或上述两者混合物经过水解缩聚过程，逐渐 凝胶化及相应的后处理，而获得氧化物或其它化合物 的新工艺。
表1-3 溶胶-凝胶法制备产品的化学组成
化学式
SiO2 TiO2
产品举例
凝胶体、玻璃、纤维、薄膜、块 状体 TiO2纤维、薄膜
ZrO2
A12O3
ZrO2纤维、薄膜
多孔性氧化铝、薄膜
BaTiO3
LiNbO3 KTaO3 In2O-SnO2 LiAlO2 SiO2-B2O3-Na2O SiO2-TiO2-有机物
（3）第三步是将溶胶通过陈化得到湿凝胶。溶胶在 敞口或密闭的容器中放置时，由于溶剂蒸发或缩聚 反应继续进行而导致向凝胶的逐渐转变，此过程往 往伴随粒子的ostward熟化，即因大小粒子溶解度不 同而造成的平均粒径增加。在陈化过程中，胶体粒 子逐渐聚集形成网络结构，整个体系失去流动特性， 溶胶从牛顿型流体向宾汉型流体转变，并带有明显 的触变性，制品的成型如成纤、涂膜、浇注等可在 此期间完成。
（2）第二步是制备溶胶。制备溶胶有两种方法：聚 合法和颗粒法，两者间的差别是加水量多少。所谓 聚合溶胶，是在控制水解的条件下使水解产物及部 分未水解的醇盐分子之间继续聚合而形成的，因此 加水量很少；而粒子溶胶则是在加入大量水，使醇 盐充分水解的条件下形成的。金属醇盐的水解反应 和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控 制醇盐的水解、缩聚的条件如：加水量、催化剂和 溶液的pH值以及水解温度等，是制备高质量溶胶的 前提；
6）通常由溶胶制备凝胶的方法有溶剂挥发、冷冻 法、加入非溶剂法、加入电解质法和利用化学反应 产生不溶物法等。 （4）凝胶可分为：易胀型(如明胶)和非易胀型(如硅 胶)两类； 凝胶又分为弹性凝胶和脆性凝胶。 （5）凝胶在干燥后：形成干凝胶或气凝胶，这 时，它是一种充满孔隙的多孔结构。
5.胶凝时间(gel point time)：在完成凝胶的大分子聚合 过程中最后键合的时间。 6.单体(monomer)：一种简单的化合物，它的分子间通 过功能团起聚合反应得到分子量较高的化合物(聚合物)。 单体一般是不饱和的或含有两个或更多功能团的小分子 化合物。 7.聚合物(polymer)：从至少含两个功能团的单体经聚合 反应成为很大分子的化合物，它至少含有几百乃至几百 万个单体，故常常又称它为大分子。 8.溶胶-凝胶法：是制备材料的湿化学方法中一种崭新的 方法。 （包括化学共沉淀法，水热法，微乳液法等）
1、材料学方面的应用 (1) 高性能粒子探测器 (2) 隔热材料 (3) 声阻抗藕合材料 (4) 电介质材料 (5)有机/无机杂化材料
(6) 金属陶瓷涂层耐蚀材料 (7) 纳米级氧化物薄膜材料
(8) 橡胶工业的应用
(9) 在生物材料方面的应用
表1-2 溶胶-凝胶法制备产品的形状
形状 块状体 纤维 薄膜或涂层 粉末 制备方法 ①成形凝胶体加热 ②粉末成形体烧结 ①凝胶纤维加热 ②预制棒材拉制 浸渍提拉、旋涂或甩涂 等方法 ①凝胶粉末加热 ②凝胶微拉子沉淀
溶胶-凝胶原理及技术
The mechanism and technique of Sol-Gel process
主讲：黄剑锋教授
2011.3 陕西科技大学
第一章 溶胶-凝胶法的基本概念和特点 第二章 溶胶-凝胶法采用的原料
第三章 溶胶-凝胶过程的主要反应 第四章 溶胶-凝胶法制备块体材料 第五章 溶胶-凝胶法制备的纤维材料
1846年J.J.Ebelmen首先开展这方面的研究工作，20 世纪30年代W.Geffcken利用金属醇盐水解和胶凝化 制备出了氧化物薄膜，从而证实了这种方法的可行 性，但直到1971年德国联邦学者H.Dislich利用SolGel法成功制备出多组分玻璃之后，Sol-Gel法才引起 科学界的广泛关注，并得到迅速发展。从80年代初 期，Sol-Gel法开始被广泛应用于铁电材料、超导材 料、冶金粉末、陶瓷材料、薄膜的制备及其它材料 的制备等。
低温合成纤维
薄膜
成功 成功 成功 有希望 成功
多孔体
多孔氧化硅 显微气球(激光核融合 燃料) UO2球(凝胶球的烧结) 含有放射性元素的球 体 由Si(OEt)4-A1(OEt)3 的玻璃化 微细的氧化物粉末
成功 成功
核燃料放射性 废弃物 烧结原料粉末
成功 有希望 有希望 成功
2、溶胶-凝胶技术在催化剂及催化剂载体方 面的应用
2)分散相具有疏远分散介质倾向的：则称作憎液 (lyophobic)溶胶或悬胶。
亲液（lyophilic）溶胶：分散相和分散介质 之间有很好的亲和能力，很强的溶剂化作用。 因此，将这类大块分散相，放在分散介质中往 往会自动散开，成为亲液溶胶。 它们的固-液之间没有明显的相界面，例如 蛋白质、淀粉水溶液及其它高分子溶液等。 亲液溶胶虽然具有某些溶胶特性，但本质 上与普通溶胶一样属于热力学稳定体系。
（2）凝胶结构可分为四种： 1)有序的层状结构； 2)完全无序的共价聚合网络； 3)由无序控制，通过聚合形成的聚合物网络； 4)粒子的无序结构。
Hale Waihona Puke 溶胶-凝胶技术是溶胶的凝胶化过程，即液 体介质中的基本单元粒子发展为三维网络结 构——凝胶的过程。
（3）凝胶与溶胶是两种互有联系的状态。
1)乳胶冷却后即可得到凝胶；加电解质于悬胶后也可 得到凝胶。
憎液溶胶：分散相与分散介质之间亲和力 较弱，有明显的相界面，属于热力学不稳定体 系。
4.凝胶(gel)：亦称冻胶，是溶胶失去流动性后，一 种富含液体的半固态物质，其中液体含量有时可高 达99.5%，固体粒子则呈连续的网络体。它是指胶 体颗粒或高聚物分子相互交联，空间网络状结构不 断发展，最终使得溶胶液逐步失去流动性，在网状 结构的孔隙中充满液体的非流动半固态的分散体系， 它是含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网 络。 （1）凝胶是一种柔软的半固体，由大量胶束组成 三维网络，胶束之间为分散介质的极薄的薄层 所谓“半固体”是指表面上是固体、而内部仍 含液体。后者的一部分可通过凝胶的毛细管作用从 其细孔逐渐排出。
（1）溶胶-凝胶技术制备金属-氧化物催化剂
（2）溶胶-凝胶技术在包容均相催化剂方面的 应用 3、溶胶-凝胶技术分析化学方面应用 （1）色谱分析中的应用 1）制备色谱填料
2）制备开管柱和电色谱固定相
3）在电分析中的应用
4）在光分析中的应用 （2）在生物化学方面的应用 4、其它方面
四、溶胶-凝胶法的基本过程 1.醇盐水解方法
第六章 溶胶-凝胶法制备纳米粉体 第七章 溶胶-凝胶法制备有机-无机复合材料
第八章 溶胶-凝胶法制备薄膜及涂层材料
第一章 溶胶-凝胶法的基本概念和特点
一、溶胶-凝胶法基本名词术语
1.前驱物(precursor)：所用的起始原料。