1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上樣品制備（溶膠-凝膠過程沉淀法）一：實驗目的1. 了解樣品制備（溶膠-凝膠過程沉淀法）的原理及影響因素。2. 通過實驗能系統(tǒng)、規(guī)范、和熟練地掌握化學實驗的基本操作和基本實驗技能。溶膠-凝膠過程是一種在常壓低溫下合成材料的方法。這種方法最早追溯到150年前，法國科學家J· Ebelmen把SiCl4與乙醇混合，在酸性條件下水解制成了SiO2玻璃。八十年代以來，這種古老的技術在制備氧化物涂層，功能陶瓷粉體塊體玻璃等方面都有成功的應用。與傳統(tǒng)的制備無機材料方法相比，它有著制成品純度高，均勻性好，制成溫度低，反應易于控制等優(yōu)點，而且可以根據需要制成各種不同的形態(tài);塊

2、材纖維薄膜粉體等。因而越來越受到人們的重視。第一節(jié) 溶膠-凝膠過程的基本原理溶膠-凝膠過程是一種膠體化學法，是將前驅物（金屬醇鹽或金屬無機鹽）溶于溶劑中，經過成膠、凝膠等過程制成材料的膠體化學過程。1.膠體化學的一些基本原理 膠體是一類物理化學性質特殊的高度分散體系，與真溶液或粗分散體系的區(qū)別在于分散相的顆粒大小不同。膠體中的顆粒介于真溶液（）和粗分散體系（大于幾千）之間，一般在101000范圍內。按分散相和分散介質的不同，常見的膠體分散系有許多不同的類型。如固、液相分散于氣相形成的氣溶膠，分散相和分散介質均為固相的固溶膠等。在此我們主要討論以水或有機溶劑為介質的溶膠及其凝膠。實驗表明，在電解

3、質膠體溶液中，溶膠粒子是帶電荷的，這是膠粒從介質中選擇性地吸附某種粒子的結果。溶膠粒子的表面自由能很高，從熱力學的觀點來看，這樣的體系是極不穩(wěn)定的，易受外界干擾（如加熱、投入電解質）或擱置而發(fā)生聚沉。但實際的膠體溶膠，有時又相當穩(wěn)定，可以在很長時間內不發(fā)生聚沉。究竟是什么因素在起穩(wěn)定作用呢？概括起來可以有兩方面的原因：第一， 溶膠的動力學穩(wěn)定性。由于重力場的作用，膠粒會發(fā)生聚沉作用；但粒子的熱運動，又促使粒子從高濃度向低濃度擴散。當粒子足夠小時，擴散作用足以抵抗重力的作用而形成具有一定濃度分布的沉降平衡。第二， 膠粒的荷電性。在膠粒之間同時存在著范式吸引力fA和雙電層的靜電斥力fR，總的作用力

4、f總=fA+fR，只要fR的絕對值大于fA絕對值，膠體就可保持穩(wěn)定。因而控制膠粒的運動（溫度）和電性（電解質種類和濃度）就可控制膠體溶液的穩(wěn)定和沉降。而這些為控制溶膠-凝膠過程提供了依據。2. 溶膠-凝膠的基本過程 溶膠-凝膠的過程可用下圖表示。熱 處 理（涂層、成纖、成型）金 屬 醇 鹽溶 劑水催化劑（膠溶劑）水解縮聚溶 膠陳 化濕 凝 膠干 凝 膠成 品溶膠-凝膠法基本工藝過程第二節(jié) 金屬醇鹽水解1.溶膠制備 在溶膠-凝膠中，最終產物的結構在溶膠中已初步形成，而且后續(xù)工藝與溶膠的性質密切相關，因此要求溶膠中的 “粒子”有滿足產物性能要求的結構和尺度，分布均勻，溶膠外觀透明澄清，具有適宜的流

5、變性質及其它理化性質，并能穩(wěn)定存放足夠長時間?？刂迫苣z的制備工藝，即控制醇鹽水解和縮聚的條件，得到高質量的溶膠是溶膠凝膠法最關鍵的一步。重要的工藝參數有加水量、催化劑、醇鹽品種、溶劑種類及水解溫度。(1) 加水量 溶膠有兩種。一種是聚合溶膠，又稱大分子溶膠、化學溶膠，這是在控制水解的條件下形成的，顆粒度一般不大于1nm,在體系無固液界面，屬熱力學體系。另一種是粒子溶膠，又稱物理溶膠，是在充分水解情況下生成的。生成的是1-5nm的沉淀物，體系內存在固液界面，在熱力學上是不穩(wěn)定的，必須加入膠溶劑使離子表面荷電，形成雙電層才能穩(wěn)定存在。這種作用就叫溶膠化作用。常見的膠溶劑有鹽酸（HCl）、硝酸（HN

6、O3）、乙醇（C2H5OH）、氨水（NH4OH）等。（2）催化劑和溶膠的酸度 催化劑可以加速反應，也可降低反應速率，常見的催化劑有鹽酸（HCL）、硝酸（HNO3）和NH4OH，但由于催化機理的不同，酸催化和堿催化得到的產物不同。溶膠中的粒子是處于溶解沉降平衡中，這一平衡與溫度及PH值有關。（3）醇鹽品種金屬取代醇分子（R-OH）中羥基上的氫而得到的金屬有機化合物為金屬醇鹽。分子式可表示為M(OR1)、M(OR2)、M(ORn)，n為金屬M的價數，R為烴基，通常情況下，OR1 =OR2=ORn，有M(OR)n 不同元素的醇鹽的水解速率是不同的，同種金屬的不同醇鹽的水解速率也是不同的，當R基團中碳

7、原子數加大時，水解速率下降。如果用金屬醇鹽水解法制備多組分的氧化物溶膠，為了保證組分均勻需要選擇反應活性匹配的醇鹽種類。（4）水解溫度：升溫通常使水解反應加快。2. 膠凝化過程將溶膠在敞口或密閉容器中放置時，或因溶劑蒸發(fā)，膠粒濃度加大而聚集；或因縮聚反應進行，而使溶膠失去流動性，成為半剛性的“固相”體系的過程稱為凝膠化，在此過程中，膠粒逐漸聚集成為網絡結構，大量的液相被包裹在固相的骨架中，溶膠的粘度逐漸加大，最后失去流動性，成為所謂的濕凝膠。3.凝膠的干燥 在干燥的過程中包裹在濕凝膠中的大量溶劑和水被蒸發(fā)，濕凝膠轉化為干凝膠。在此期間，伴隨著很大的體積收縮，往往引起開裂。在塊材或薄膜的制備中，

8、這個問題尤為重要。在溶膠結構中，OH和-OR基團共存，在溶劑蒸發(fā)過程中，它們相互接觸，發(fā)生發(fā)應，導致額外的橋氧鍵和額外的交接，使體積不斷的收縮，凝膠的強度不斷的增加。第三節(jié) 實驗內容溶膠-凝膠法制備SiO2玻璃（摻雜稀土染料）干燥攪拌3h80CEuCl3 溶 液正硅酸乙酯無水乙醇稀HNO3溶液溶 膠干 凝 膠實驗步驟： SiO2 (Eu%=2.5%)玻璃第一步：稱量0.0265g氧化銪于50ml的園底燒瓶中，再向其中加入1.5mol/L 硝酸5ml,劇烈攪拌，充分溶解。第二步：待氧化銪完全溶解后（溶液澄清），再向燒瓶中依次加入正硅酸已酯5ml、無水乙醇5ml、水5ml，于80C水浴反應4小時，

9、成溶膠。第三步：將溶膠傾入培養(yǎng)皿于干燥箱80C干燥5小時，成干凝膠。再將干凝膠300C退火24小時，用研缽將顆粒研磨成粉末即可。 共 沉 淀 法 一 基本原理： 什么叫共沉淀法？沉淀法通常是在溶液狀態(tài)下將不同化學成分的物質混合,在混合液中加人適當的沉淀劑制備前驅體沉淀物,再將沉淀物進行干燥或鍛燒,從而制得相應的粉體顆粒.根據沉淀方式的不同,其可分為:直接沉淀法,共沉淀法,均相沉淀法和水解沉淀法等. 直接沉淀法就是使溶液中的某一種金屬陽離子發(fā)生化學反應而形成沉淀物,共沉淀法是指在溶液中含有兩種或多種陽離子,它們以均相存在溶液中,加人沉淀劑,經沉淀反應后,可得到各種成分的均一的沉淀,它是制備含有兩

10、種或兩種以上金屬元素的復合氧化物超細粉體的重要方法。在含有多種陽離子的溶液中加入沉淀劑，使金屬離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法。共沉淀法可制備BaTiO3、PbTiO3等PZT系電子陶瓷及ZrO2等粉體。以CrO2為晶種的草酸沉淀法，制備了La、Ca、Co、Cr摻雜氧化物及摻雜BaTiO3等。以Ni(NO3)2·6H2O溶液為原料、乙二胺為絡合劑，NaOH為沉淀劑，制得Ni(OH)2超微粉，經熱處理后得到NiO超微粉。與傳統(tǒng)的固相反應法相比，共沉淀法可避免引入對材料性能不利的有害雜質，生成的粉末具有較高的化學均勻性，粒度較細，顆粒尺寸分布較窄且具有一定形貌。共沉淀法制備ZrO2:Eu （Eu%=10%）實驗步驟：第一步：ZrO2·8H2O和Eu(NO3)3溶液0.02mol/L 200ml(稱量氧化銪0.0704g、氧氯化鋯1.1599g、量取0.15 mol/L硝酸8ml、水192ml)加入250ml的圓底燒瓶中在室溫下劇烈攪拌半小時充分溶解。第二步：向該溶液中滴加氨水，直至PH值為10左右，繼續(xù)攪拌2小時，得到乳白色沉淀。第三步：沉淀離心、洗滌（