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1、溶胶一凝胶一化学及其应用孙继红子··一一‘溶胶凝胶化学及其应用“孙继红范文浩吴东孙予罕川‘卜科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,人原。绍了浓胶一凝胶理论和技术的、光学、热学、以及复摘要介历史背景以及研究现状评述了近年来在电学化学一合材料等领域中的应用和发展前景指出溶胶凝胶化学在未来的超结构材料科学中必将起重要作用一关键词溶胶凝胶材料科学应用一,企,、,。,’’,一。一‘一、。飞士、、一、一〔一一飞一、一。一”工艺过程的概念其实质是采用在介观层次卜树能受到控制历史的各种源物质取代传统工艺中那些未经几何控制和化学控制溶胶一凝
2、胶一技术是指金属有机或无机化合物经如矿物陶瓷原料,或者仅有几何拧制如普通超微,单分散粉过溶胶一凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方料的初级原料,从而使材料结构和性能产生质变。。年代以法。其过程是用液体化学试剂或粉状试剂溶于溶剂或溶胶来成为溶胶一凝胶科学技术发展的高峰时期。为原料而不是用传统的粉状物为反应物,在液相中均匀混合并进行反应,生成稳定且无沉淀的溶胶体系,放置一定时问后基本原理,,一转变为凝胶经脱水处理在溶胶或凝胶状态下成型为制品溶胶凝胶法的主要步骤为将酚类化合物或金属醇盐溶再在略低于传统的温度下烧结。于有机溶剂中,
3、形成均匀的溶液,然后加入其它组分在定古代中温度下反应形成凝胶,最后纤丁燥处理制成产品。最基本的反国人做豆腐可能是最早的且卓有成效地应用酬过程。现代溶胶一凝胶技术的研究始于世纪中叶利用应如下。。由于用此法制备玻璃所需的溶胶和凝胶制备单组分化合物水解反应温度比传统的高温熔化法低得多,故又称为玻璃的低温合成金属盐在水中的性质受金属离子半径、电负性、配位数等。,。工’。、,,法,吐年〔」发现与乙醇混合后在湿因素影响如盐它们溶解于纯水中常电离出“井空气中水解并形成了凝胶但未引起注意。世纪年代以溶剂化。水、解反应平衡关系随溶液的酸度相应的电荷
4、转移量,,。后科学家系统地研究此过程「“」证明用金‘又可以形成氢氧。等等条件的不同而不同有时电离析出的属醇盐的水解和胶凝化,可制成氧化物薄膜」通过桥键合。’。金属醇盐水解,制成一一一一块状凝胶玻硅醇盐的水解机理已为同位素所验证即水中的氧。,一‘璃,」和。仁,」原子与硅原子进行亲核结合一汁月引起了材料科学界的重视。将摇胶干燥制得了整块陶瓷以及多孔透明氧化铝薄膜。此,一’这里溶剂化效应溶剂的极性极矩。后,矿物学家、陶瓷学家和玻璃学家等用此方法制成性质相同和对活泼质子的获取性等都对水解过程有很重要的影响而。的试样,在低温下制成透明陶瓷和
5、耐热玻璃,且在不同的介质中反应机理也有所差别在酸催化条件下主,。,。‘,’。」核化学家利用此法制备核燃料避免了危险粉尘的产生由于要是对一基团的亲电取代反应水解速度快,“”,,醇盐水解活性因其分子这些初步成功引出通过化学途径制备优良陶瓷的概念并但随着水解反应的进行卜一基一一。团减少而下降,很难生成。称其为化学合成法或法这种方法通沁其缩聚反应在水解前即,‘、,、因而缩聚产物的交过调整制备参数或进行胶体改性即可将溶胶粒子尺寸控制完全转变为前已开始,、。,在相当小的范围内使均匀性达到亚微米级纳米级甚至分子联程度低易形成维的链状结构在碱催化
6、条仁下水解反“”,“,”」级水平进而提出用化学途径裁剪性能川引出超微结构应主要是对一的亲核取代反应水解速度较酸催‘国家杰出青年科学墓金资助项目”通讯联系人··材料导报年月第卷第期一化的慢但醉盐水解活性随分子卜一基团减少而增大,所〔、一以个一笨团很容易完全转变为一基团即容易生成今功三三卡一。。,进。一步缩聚时便生成了高交联度的三维网络结构卜述反应均属于亲核机理,水解反应是可逆反应如果在反应时排除掉水和醇的共在酸性介质催化,‘。下的缩聚反应为沸物,则可以阻止逆反应进行。如果溶剂的烷基不同于醇盐的一,卜今一一,’则会产生转移酚化,工烷基
7、反应拼〔,这些反应对合成多组分氧化物是非常重要〔的。十,聚合反应硅、磷、硼以及许多金属元素如铝、钦、铁等的醇盐或无机,、、、一一一戒一一盐在水解的同时均会发生聚合反应如失水失醇缩聚醇氧孺、、,化氧化氢氧桥键合等都属于聚合反应性质上都属于取代反应或加成反应。犷二,川等用技术发现硅酸钾〔一但,一这些聚合物还可能发生键的重新分配或三聚体。溶液中至少有种粒图硅酸聚合反应逐渐形成转变为三聚体。,。一步交联组聚合物粒子生成稳定的溶胶颗粒进成二维网络匕’通」它的由于硅酸盐的水解和聚合作用几乎同时进行总结构而生成凝胶。反应过程动力学将决定于下列二
8、个反应速率’常数即一一卜,光军水解速率常数三一又味异币,山,。、’之,,,,。之失水缩聚速率常数二三一,一一一刀,,二三困甚益、失醇缩聚速率常数三二泛子厂今一卜三一三叭,原之,、使得在最邻近的尺度范围内中心子可引犷〔卜。行。勺以有种不同的化学环境,
