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《溶胶_凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应用_曾庆冰》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、Vol.14高分子材料科学与工程No.21998年3月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGMar.1998溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应用曾庆冰李效东陆逸(国防科技大学材料工程与应用化学系,长沙,410073)摘要概述了溶胶-凝胶法的基本原理及其在陶瓷材料中的应用。首先强调了溶胶体系的稳定性原理和溶胶-凝胶体系的制备过程(包括金属盐-水溶胶和金属醇盐-醇溶胶)。对于溶胶-凝胶法在陶瓷材料中的应用作了详细的比较和评价,并着重从工艺上介绍了一些应用实例,其中包括金属氧化物的微球、超细颗粒、涂层、薄膜以及连续陶瓷纤
2、维。关键词溶胶-凝胶法,溶胶的稳定性,陶瓷粉末,陶瓷涂层,陶瓷纤维Roy及其同事早在1948年提出可由凝胶制得的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强,以致高度均匀的新型陶瓷材料的设想,并在50和60年克服胶粒-溶剂间的相互作用力。代采用溶胶-凝胶法合成了含铝、硅、钛、锆等的氧化对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间物陶瓷。随着科学技术的不断发展,溶胶-凝胶的理结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。增加论和技术日臻完善。溶胶-凝胶过程的关键是在初期粒子间能垒的3个途径是:使胶粒带表面电荷,利用控制胶粒和溶剂的表面和界面。它较传统熔融陶瓷空间位阻效应和利用
3、溶剂化效应。溶胶颗粒的表面工艺具有加工温度低、所得物质纯度高、化学均匀性电荷来自胶粒的一种晶格离子的选择性电离,或选好等优点,并具备特殊的成型性能。近10几年来,国择性吸附溶剂中的离子。对金属氧化物水溶胶,一般+-外对溶胶-凝胶工艺生产陶瓷粉末、微球体、涂层和优先吸附H或OH。胶粒表面呈电中性时的pH[1]纤维开展了广泛研究。在1984、1986、1987年的美值称为零电点(PZC),当pH>PZC时,胶粒表面带国陶瓷学年会上都有关于溶胶-凝胶法的专题讨论。负电荷;反之,则带正电荷。带电胶粒周围的溶剂中[2～7]国内近年在这方面也开展了研究。本文简要介由等
4、量的反电荷形成扩散层。相邻胶粒的扩散层重绍这方面的基本理论和应用,以期开展更深层次的叠产生推斥力,此外,胶粒间相互作用还有分子间范研究。德华引力和由表层价电子重叠引起的短程玻恩斥力。若扩散层斥力与范德华引力相比足够大,则两个1基本原理相邻胶粒的总势能如Fig.1所示[9]。胶粒靠拢的过溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,[8]并且不停的进行布朗运动的体系。根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。若无其它条件限制,胶粒倾向于自发凝聚。达到低比表面状态。若上述过程
5、为可逆,则称为絮凝;若不可逆,则称为凝胶化。凝胶是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形[8]成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液Fig.1Potentialenergyversusinterparticleseparationofsolsystem体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。并非所有的溶胶都能转变为凝胶,凝胶能否形成程中,能垒可达一个最大值Eact。此外,还有两个能收稿日期:1995-10-25联系人:李效东.第一作者:曾庆冰,女,23岁,硕士.第2期曾庆冰等:溶胶-凝胶法基本原理及其在陶瓷材料中的应用139量极小值:次极小Es(
6、对应絮凝状态)和主极小Ep凝胶化的影响因素主要是pH值(受x和y影响),2+-(对应凝胶化状态)。在胶粒间距一定的情况下,任何其次还有温度、M(H2O)浓度及A的性质。简言一种减少排斥力的措施,如减少表面电荷或增加扩之,随着pH值的增加,胶粒表面正电荷减少,能垒散层中反离子浓度等,都会降低能垒的高度,导致凝高度降低。聚,形成凝胶。空间位阻效应,如使胶粒表面吸附短2.2醇-金属醇盐生成的溶胶体系链聚合物,也可使溶胶稳定化,这主要有两方面的原因:首先,当胶粒相互靠近时,吸附的聚合物构象熵减少,体系自由能增加,这与胶粒间产生推斥力是等效的。其次,胶粒间聚合物层重
7、叠部分浓度增加,产生浓压差,使胶粒互斥。溶剂化作用也能稳定溶胶。破坏胶粒周围的有序溶剂层,使胶粒表层脱除溶剂并相互接触需要一定的溶剂化能量。由于这种溶剂化能的存在,亲液溶胶比憎液溶胶更稳定。由溶胶制备凝胶的具体方法有:(1)使水、醇等分散介质挥发或冷却溶胶,使之成为过饱和液,而形成冻胶。(2)加入非溶剂,如在果胶水溶液中加入适量酒精后,即形成凝胶。(3)将适量的电解质加入胶Fig.2Flowchartforthecondensationanddispersionmethods粒亲水性较强(尤其是形状不对称)的憎液型溶胶,金属醇盐的化学通式为M(OR)n,M
8、(OR)n可即可形成凝胶(例如(Fe(OH)3在适量电解质作用与醇
