目錄content溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展1溶膠-凝膠技術(shù)的發(fā)展2在制備納米粉體中的應(yīng)用2在制備納米薄膜中的應(yīng)用3在制備納米結(jié)構(gòu)纖維材料中的應(yīng)用4總結(jié)及展望50407142226第一頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展溶膠-凝膠法（Sol-Gel)

溶膠(sol)又稱(chēng)膠體溶液。是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之間。溶膠不是物質(zhì)而是一種“狀態(tài)”。凝膠(gel)亦稱(chēng)凍膠，是溶膠失去流動(dòng)性后，一種富含液體的半固態(tài)物質(zhì)，其中液體含量有時(shí)可高達(dá)99.5%，固體粒子（膠體顆?；蚋呔畚锓肿樱┫嗷ソ宦?lián)，形成連續(xù)不斷的空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。溶膠粒子聚集成鍵內(nèi)應(yīng)力的作用第二頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展溶膠-凝膠技術(shù)：是一種由金屬有機(jī)化合物、金屬無(wú)機(jī)化合物或上述兩者混合物經(jīng)過(guò)水解縮聚過(guò)程，逐漸凝膠化及相應(yīng)的后處理，而獲得氧化物或其它化合物的工藝。溶解前驅(qū)體溶液水解縮聚老化溶膠凝膠干凝膠第三頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展溶膠-凝膠技術(shù)的發(fā)展J.J.Ebelmen發(fā)現(xiàn)SiCl4與乙醇混合后在濕空氣中水解形成凝膠，制備了單一氧化物（SiO2）1864年1939年1971年20世紀(jì)80年代至今W.Geffcken利用金屬醇鹽水解和膠凝化制備出了氧化物薄膜，從而證實(shí)了這種方法的可行性德國(guó)聯(lián)邦學(xué)者H.Dislich利用Sol-Gel法成功制備出多組分玻璃之。Sol-Gel法才引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注，并得到迅速發(fā)展Sol-Gel法開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于鐵電材料、超導(dǎo)材料、冶金粉末、陶瓷材料、薄膜的制備及其它材料的制備等?，F(xiàn)代溶膠-凝膠技術(shù)起源真正受到重視引起廣泛關(guān)注與研究迅速發(fā)展第四頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展溶膠-凝膠法：是制備材料的濕化學(xué)方法中一種重要方法，括化學(xué)共沉淀法，水熱法，微乳液法等，也被稱(chēng)為制備固體材料的四種主要方法之一。前驅(qū)體溶液透明溶膠成膜過(guò)程成纖過(guò)程霧化收集濕凝膠薄膜纖維粉末干凝膠水和催化劑固化處理階段成品溶膠-凝膠技術(shù)工藝過(guò)程：第五頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中：按原料和機(jī)理的不同，主要可以分為三大基本類(lèi)型：傳統(tǒng)的膠體溶膠-凝膠法物理方法金屬有機(jī)化合物聚合凝膠法化學(xué)方法有機(jī)聚合玻璃凝膠法化學(xué)方法制備方法金屬醇鹽水解法金屬螯合凝膠法原位聚合法聚合物前驅(qū)液法第六頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用傳統(tǒng)膠體溶膠-凝膠法：是先將膠質(zhì)顆粒(直徑一般為1~100nm)分散在液體介質(zhì)中形成溶膠，然后通過(guò)蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為凝膠。凝膠化作用由溶膠中的膠質(zhì)顆粒之間的靜電或空間相互作用控制。靜電作用：溶膠體系中，由于靜電引力的存在會(huì)使溶液中的反離子向顆粒表面靠攏，并排斥同離子，固體表面電荷與溶液中反電荷形成了雙電層結(jié)構(gòu)。被吸附的離子與固體表面結(jié)合牢固，固體和液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，固體帶動(dòng)部分反離子一起滑動(dòng)。φ0+++++++－－－－－－－－－－ABζDistancexfromsurface+++++++++++++++----------------ParticleSurfacechargeliquid第七頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用金屬有機(jī)化合物聚合凝膠法：（1）金屬醇鹽水解法

金屬有機(jī)化合物溶解在合適的溶劑中，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，如水解、縮聚和聚合，形成連續(xù)的無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)凝膠。是目前溶膠凝膠技術(shù)最為常用的方法：水解反應(yīng)：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH聚合反應(yīng)：失水聚合：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O失醇聚合：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH（2）金屬螯合凝膠法

基本思想:是通過(guò)可溶性螯合物的形成減少前驅(qū)液中的自由離子。在制備前驅(qū)液時(shí)添加強(qiáng)螯合劑，例如檸檬酸和EDTA，再通過(guò)控制一系列實(shí)驗(yàn)條件，如溶液的pH值、溫度和濃度等，移去溶劑將發(fā)生凝膠化。第八頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用有機(jī)聚合玻璃凝膠法：原位聚合法：原理：有機(jī)單體聚合形成不斷生長(zhǎng)的剛性有機(jī)聚合網(wǎng)絡(luò),包圍穩(wěn)定的金屬螯合物，從而減弱各不同金屬離子的差異性，減少各金屬在高溫分解過(guò)程中的偏析。聚合物前驅(qū)液法：首先在含水的金屬鹽溶液中加入水溶性聚合物。最常用的是聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亞胺(PEI)，它們都是陽(yáng)離子的配位有機(jī)聚合物，將大大改變?cè)膀?qū)液的流變性能。爾后金屬離子將充當(dāng)聚合物之間的交聯(lián)劑，聚合鏈間的隨機(jī)交聯(lián)把水圍在生長(zhǎng)著的三維網(wǎng)絡(luò)中，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z。典型代表Pechini法的基本過(guò)程是：羧酸和醇的酯化，由金屬螯合物之間利用α-羥基梭酸和多羥基醇的聚酯作用形成聚合物。第九頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用溶膠-凝膠法制備納米粉體材料的工藝過(guò)程（1）制取包含金屬醇鹽和水的均相溶液，以保證醇鹽的水解反應(yīng)在分子平均的水平上進(jìn)行。（2）調(diào)控水量、催化劑和溶液的pH值以及水解溫度等，使得醇鹽充分水解或水解產(chǎn)物及未水解的醇鹽分子之間更好地聚合，制備高質(zhì)量溶膠（3）將溶膠通過(guò)陳化得到濕凝膠（4）對(duì)濕凝膠進(jìn)行干燥脫水處理，得到干凝膠（5）對(duì)干凝膠進(jìn)行熱處理，如熱壓燒結(jié)工藝，得到納米粉體材料溶質(zhì)溶劑催化劑溶膠濕凝膠干凝膠粉體熱處理陳化凝膠化水解縮聚干燥脫水第十頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米粉體中的應(yīng)用采用Sol-Gel方法合成的氧化物微粉及其用途如表所示粉體名稱(chēng)主要用途SiO2、

Al2O3光纖、陶瓷、玻璃、催化劑載體等TiO2、

ZrO2陶瓷、光纖、催化劑等BaTiO3、

LiNbO3電容器、鐵電材料等SnO2、La0.8Sr0.2FeO3氣敏材料α-Fe2O3磁粉ZnO導(dǎo)電材料、發(fā)光材料SiC、3A12O3·2SiO2耐火材料，磨具等羥基磷灰石(HAP)陶瓷粉體，生物活性材料YBa2Cu3O7-δ高臨界溫度超導(dǎo)材料LaCoO3氣敏材料，催化劑ZnS，CdS半導(dǎo)體第十一頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展水熱法合成IBN-9：在45℃下，將0.067gCTAB溶解于32ml的氨水溶液，隨后加入0.9ml的正丁醇，靜態(tài)條件下逐滴滴加0.312gTEOS。該混合物在45℃陳化24h，反應(yīng)釜中100℃下再處理24h。抽濾、洗滌得到固體粉末，在550℃、空氣中煅燒6h得到最后的產(chǎn)物第十二頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用納米薄膜：納米薄膜是指尺寸在納米量級(jí)的晶粒(或顆粒)構(gòu)成的薄膜以及每層厚度在納米量級(jí)的多層薄膜,有時(shí)也稱(chēng)為納米晶粒薄膜和納米多層薄膜。優(yōu)點(diǎn)眾多制備方法溶膠凝膠法磁控濺射法分子束外延技術(shù)離子束濺射沉積低能團(tuán)簇束沉積法第十三頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用用基片浸漬溶膠后熱處理的簡(jiǎn)單方法即可制備薄膜，設(shè)備簡(jiǎn)單反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，均勻度高，多組分均勻度可達(dá)分子或原子級(jí)。文本對(duì)襯底的形狀及大小要求較低。后處理溫度低,在遠(yuǎn)低于陶瓷燒結(jié)或玻璃熔化的溫度下進(jìn)行熱處理即可獲得。對(duì)多元組分薄膜，幾種有機(jī)物互溶性好溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜優(yōu)點(diǎn)第十四頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用溶膠-凝膠法制備方法：非醇鹽法制備薄膜和醇鹽法制備薄膜醇鹽法制備薄膜反應(yīng)體系：包含金屬醇鹽、溶劑（甲醇、乙醇等）、水、催化劑（酸、弱堿）、水解速度控制劑（乙酰丙酮等）、以及成膜控制劑（PVA、DMF以及聚乙二醇等）。薄膜組成溶膠-凝膠反應(yīng)體系的組成Y2O3Y(OC4H9)3、H2O、乙酰丙酮（acac）、CH3COOH、CH3OHSrTiO3Sr(OC2H5)2、Ti(OC4H9)4、H2O、CH3COOH、HCl、乙酰丙酮（acac）Al2O3-SiO2

Si(OC2H5)4、Al(OC3H7)3、C2H5OH、H2O、HCl、CH3COOH、DMFCeO2-TiO2Ti(OC4H9)4、H2O、Ce(OC2H5)3、HCl、NH4OH、CH3OH第十五頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用非醇鹽法制備薄膜

反應(yīng)體系的確定主要考慮以下幾個(gè)因素：（1）以燒結(jié)陶瓷主成分為依據(jù)選擇相應(yīng)的無(wú)機(jī)前驅(qū)體；（2）合成初期的化學(xué)現(xiàn)象具有代表性；（3）涉及單組分和多組分氧化物。材料主鹽沉淀劑成膜促進(jìn)劑Al2O3La2O3-Al2O3ZrO2(Y2O3)-Al2O3Al(NO3)3、La(NO3)3、Al(NO3)3、ZrOCl2、Y(NO3)3NH4OHH2C2O4聚乙烯醇（PVA）MgO-ZrO2Y2O3-ZrO2ZrOCl2、Mg(NO3)2、Y(NO3)3NH4OH(NH4)2CO3聚乙烯醇（PVA）、陰離子表面活性劑MgAl2O4MgFe2O4Mg(Fe，Al)O4Mg(NO3)2、Al(NO3)3、Fe(NO3)3(NH4)2CO3陰離子表面活性劑聚乙二醇、甘油第十六頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用非醇鹽法制備薄膜：形成均勻溶膠成膜促進(jìn)劑膠粒NH4+或者NO3-H2ONO3-H2ONH3干燥初期H2OCO2快升溫慢升溫?zé)o機(jī)前驅(qū)體成膜機(jī)制示意圖第十七頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用溶膠-凝膠法制備薄膜的工藝流程圖：溶膠的配制溶膠的陳化鍍膜基板清洗干燥熱處理薄膜制備過(guò)程有二大關(guān)鍵環(huán)節(jié)：溶膠制備和薄膜涂覆第十八頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米薄膜中的應(yīng)用常用薄膜涂覆工藝：1、浸漬提拉法2、旋轉(zhuǎn)涂覆法3、流動(dòng)涂膜技術(shù)4、滾動(dòng)/照相凹版涂鍍技術(shù)浸漬提拉及濕薄膜形成溶劑蒸發(fā)溶膠沉積旋轉(zhuǎn)勻膠蒸發(fā)形成凝膠基板移動(dòng)溶膠涂層或膜基片限流刮片支撐滾軸供料器提拉滾軸涂膠量控制輥第十九頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)制備納米纖維材料中的應(yīng)用納米纖維：廣義上指材料在空間二個(gè)維度上尺寸為納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等納米纖維制備方法方法：拉伸、模板聚合、相分離、自組織、海島型雙組分復(fù)合紡絲、靜電紡絲、分子噴絲板紡絲法等等其中靜電紡絲技術(shù)最為成熟、能夠直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維第二十頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)制備納米纖維材料中的應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)：聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中進(jìn)行噴射最終固化成纖維。相對(duì)于常規(guī)技術(shù)的織物，由靜電紡纖維構(gòu)成的無(wú)紡織物具有大的比表面積，以及纖維表面具有小孔等特殊形態(tài)。這樣的特性使得該纖維在組織工程、過(guò)濾、超敏感傳感器等方面有很大的潛在應(yīng)用前景第二十一頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)制備納米纖維材料中的應(yīng)用金屬醇鹽加入水、溶劑和催化劑（酸）攪拌溶膠控制溫度，水解粘稠紡絲液聚合拉絲凝膠纖維熱處理納米纖維溶膠-凝膠法制備納米纖維工藝流程圖溶膠-凝膠法制備納米纖維工藝流程第二十二頁(yè)，共25頁(yè)。溶膠-凝膠技術(shù)制備納米纖維材料中的應(yīng)用納米纖維的應(yīng)用：由于具有低密度、高孔隙度、大的比表面積、柔順性好、力學(xué)性能優(yōu)良等等特點(diǎn)在防護(hù)服、仿生材料、光電材料、聲學(xué)材料、細(xì)胞載體和航天航空等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力第二十三頁(yè)，共25頁(yè)?？偨Y(jié)與展望溶膠-凝膠技術(shù)以其多種優(yōu)點(diǎn)及高度靈活性,從而在膜的制備、色譜分析、光分析、電