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低氟溶胶_凝胶法制备_76_2mmYBCO薄膜_雷黎

低氟溶胶_凝胶法制备_76_2mmYBCO薄膜_雷黎
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溶胶凝胶法制备纳米材料

利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学院:材料学院班号:1109102 学号:1110910209 姓名:袁皓 摘要:本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法,主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法,在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征,重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型,基本原理以及简略的操作流程。 关键词:纳米材料溶胶凝胶基本原理 一溶胶凝胶法的基本原理 溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法,它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物,前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液,溶质与溶剂产生水解或是醇解反应,反应生成物在液相下均匀混合,均匀反应,生成稳定且无沉淀的溶胶体系,放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶,在凝胶中通常含有大量的液相物质,需要利用萃取或蒸发除去液体介质,并在远低于传统的烧结温度下热处理,最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。 表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征 1.1 溶剂化 能电离的前驱物-金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数),为保持它的配位数而具有强烈的释放H+的趋势。 (M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H+ 1.2 水解反应 非电离式分子前驱物,如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价,R 代表烷基),与水反应,反应可延续进行,直至生成M(OH)n。 M(OR)n+xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH 1.3 缩聚反应 可分为失水缩聚:-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O 失醇缩聚:-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用资料讲解

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内一个重要的研究课题,新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体,相继又发展了各种物理、化学方法,如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺,近年来多被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压,对设备技术要求不高,体系化学均匀性好,可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜,而且成功应用于颗粒表面包覆,成为目前合成无机纳米材料的主要技术,引起了材料科学技术界的广泛关注,是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理: 溶胶凝胶法的工艺原理是:以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体,前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液(有时加入少量分散剂)加入适量的凝固剂使盐水解、醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系,再经过长时间放置(陈化)或干燥处理使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此,也有人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。

根据原料的不同,溶胶凝胶法一般可分为两类,即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。 (1)在无机盐溶胶凝胶法中,溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制,使生成的颗粒不团聚成大颗粒而生成沉淀,直接得到溶胶;或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出来,经解凝,使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来完成。反应式如下 (2)金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料 ! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂 ! 加水则会发生如下反应: 式中M为金属R为有机基团,如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程: 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 (1)均相溶液的制备:溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液,以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。在此过程中,溶剂的选择和加入量是关键。 (2)溶胶的制备:在溶胶凝胶法中,最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成,后续工艺均与溶胶的性质直接相关,因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶,一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来,经解凝,使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种颗粒的大小一般在

试验题目材料专业试验—溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜

专业实验(2) 一:溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜 这是材料系设置的基础实验课。材料专业实验(2)要求针对材料领域的各种制备方法以及热处理方法进行自我设计,自我准备,完成工艺的全过程,并得到预期的实验结果,并结合理论知识,分析实验结果与制备工艺参数之间的关系。通过材料专业实验(2),让学生基本掌握常用的类制备方法或热处理工艺的原理和工艺过程,了解工艺过程对最终的结果的影响规律,进一步强化学生的理论知识,培养学生的实际动手操作能力,为其毕业设计做基础。 一、实验目的 1.了解溶胶-凝胶过程 2.掌握用溶胶-凝胶法制备薄膜的制备工艺与原理 二、实验要求 1、学生应该在讲义的基础上,先查阅相关文献,了解溶胶凝胶法概念及在材料制备方面的基本应用,了解该方法制备材料特别是陶瓷薄膜的一般流程和制备过程中的一些关键问题,以及制备过程中可能的影响因素。 2、学生可以制备讲义中给出的陶瓷薄膜ZnO,也可以自己决定制备的陶瓷薄膜材料(不过需要提前一周报知教师以方便准备实验药品),讲义中给出了ZnO陶瓷薄膜制备的一般流程和参考方案,学生可以自主调整参考方案中的各种参数如溶胶的浓度、粘度、匀胶机的转速、匀胶时间、热处理的温度及时间等,可以选择不同的基片、甚至选择用其他的涂膜方式如浸滞提拉法,最终目的是在基片上得到陶瓷薄膜样品。由于实验条件以及实验时间的限制,实验取消了最后一步热处理的过程,而且测试条件只是采用金相显微镜进行粗略的表面质量观测,另外,实验并不要求每个学生都能得到质量很好的样品,而是不同的同学选取不同的实验方案,相互之间要进行横向比较。 三、实验所需仪器设备 一台匀胶机及吸片用小型真空泵,一台可调温电炉,一台搅拌器,以及化学配备溶胶的一些玻璃器皿; 实验测试采用普通的金相显微镜进行粗略的表面质量观察。 四、实验原理 近代科学和生产发展使薄膜科学与技术成为新材料和新器件研发的重要领域。 薄膜的研究首先是从研究如何制作薄膜这种特殊形态材料开始的。传统上采用得较多的方法是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等,但它们都存在一定的局限性。如真空气相沉积设备中的真空腔大小限制着生产元件的尺寸,溅射法由于薄膜材料与基片之间可能发生反应而导致产品污染等,薄膜生产价格昂贵。而溶胶-凝胶法不需要特别昂贵的设备,具有工艺过程简单,薄膜组分化学计量比容易控制,容易形成大面积的均匀膜等优点。因此越来越得到人们的重视和应用. 1、溶胶凝胶法 溶胶-凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺,近年来许

溶胶凝胶法

溶胶凝胶法 定义:采用合适的有机或无机盐配制成溶液,然后加入能使之成核、凝胶化的溶液, 控制其凝胶化过程得到具有球形颗粒的凝胶体,经一定温度煅烧分解得到所需物相的 方法。 应用学科:百科名片 溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物(无机物或金属醇盐)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。 优点 溶胶-凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点:(1)由于溶胶-凝胶法 中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短 的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子 水平上被均匀地混合。(2)由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量 地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂。(3)与固相反应相比, 化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶一凝胶体系 中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反 应容易进行,温度较低。(4)选择合适的条件可以制备各种新型材料。溶胶一凝胶法也存在某些问题:通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长(主要指陈化时间),常需要几天或者几周;还有就是凝胶中存在大量微孔,在干燥过程 中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩 发展历史 1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混合后,发现在湿空气中发生 水解并形成了凝胶。 20世纪30年代W.Geffcken证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。 1971年德国H.Dislich报道了通过金属醇盐水解制备了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。 1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。

溶胶凝胶法制备材料

溶胶-凝胶法制备材料 摘 要:溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料,其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分,最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史,原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词:溶胶-凝胶法;纳米材料;陶瓷薄膜材料;掺杂;锂电池;包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程:1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后,发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年 B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来,在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。 分类:溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型: (1)传统胶体型:通过控制溶液中金属离子的沉淀过程,使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶,再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型:通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程,使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型:通过络合剂将金属离子形成络合物,再经过溶胶,凝胶过程成络合物凝胶。 制备方法及原理:溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法,溶胶-凝胶体的制备有3种途径:(1)溶胶溶液的凝胶化; (2)醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合,继之超临界干燥凝胶;(3)醇盐前驱体的水解聚合。 溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经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材料。其基本反应式为: ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解: ;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--)(缩聚:

溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料

实验名称:溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜材料 纳米TiO2具有许多特殊功能,如良好的抗紫外线性能、耐化学腐蚀性能和耐热性、白度好、可见光透射性好以及化学活性高等。TiO2纳米材料还具有净化空气、杀菌、除臭、超亲水性等功能,已广泛应用于抗菌陶瓷,空气净化器、不用擦拭的汽车后视镜等领域,20世纪80年代末纳米发展起来成为主要的纳米材料之一。研究表明,紫外线过量照射人体,会使人的记忆力减退、反应迟钝、视力下降、易失眠等影响。在玻璃上负载TiO2膜可以有效地吸收紫线。本次实验利用溶胶凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料,在一定程度上是对TiO2在实际生活中应用的尝试。 一.实验目的 1.了解溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的应用。 2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的原理以及实际应用。 3.掌握XRD颜射原理以及实际操作技能。 4.掌握根据X-射线衍射图分析晶体的基本方法。 二.实验原理 溶胶.凝胶法(S01.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,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,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。 其基本反应如下: (l)水解反应:M(OR)n + H2O → M (OH) x (OR) n-x + xROH (2) 聚合反应: -M-OH + HO-M-→ -M-O-M-+H2O -M-OR + HO-M-→ -M-O-M-+ROH 三.实验试剂与实验仪器

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(S01.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+的趋势。 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,.SnO:(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。 2)和自蔓延法连用制备常规方法较难制备的新型纳米材料。例如 S01.GeI.EIsA(evaporati彻.induced se堆鹬sembly)制备一些具有纳米结构的功能性材料㈦。随着人们对溶胶.凝胶法的迸一步研究,溶胶.凝胶法一定能得到更为广泛的应用,在各个方面取得更大的进展。

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内 一个重要的研究课题,新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有 重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体,相继又发展了各种 物理、化学方法,如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺,近年来多 被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压,对设备 技术要求不高,体系化学均匀性好,可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料 的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜,而且成功应用于颗粒表面包覆, 成为目前合成无机纳米材料的主要技术,引起了材料科学技术界的广泛关注,是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理: 溶胶凝胶法的工艺原理是:以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体,前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液(有时加入少量分散剂)加入适量的凝固剂使盐水解、 醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系,再经过长时间放置(陈化)或干燥处理使 溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此,也有 人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。 根据原料的不同,溶胶凝胶法一般可分为两类,即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。(1)在无机盐溶胶凝胶法中,溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制,使生成的颗粒 不团聚成大颗粒而生成沉淀,直接得到溶胶;或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出 来,经解凝,使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来 完成。反应式如下 (2)金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂! 加水则会发生如下反应: 式中M为金属R为有机基团,如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程: 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 (1)均相溶液的制备:溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液,以确保醇盐的 水解反应在分子级水平上进行。在此过程中,溶剂的选择和加入量是关键。 (2)溶胶的制备:在溶胶凝胶法中,最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成,后 续工艺均与溶胶的性质直接相关,因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶,一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来,经解凝,使原来团聚的沉淀颗粒分散成 原始颗粒。这种颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核大小的范围内,因而可制得溶胶;另一种方法是由同样的盐溶液,通过对沉淀过程的严格控制,使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒 而沉淀,从而直接得到胶体溶液。 (3)凝胶化过程:缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇,后者逐渐相互连 接成为一个横跨整体的三维粒子簇连续固体网络。在陈化过程中,胶体粒子聚集形成凝胶, 由于液相被包裹于固相骨架中,整个体系失去活动性,随着胶体粒子逐渐形成网络结构, 溶胶也从Newton体向Bingham体转变,并带有明显的触变性。在许多实际应用中,制品的成型就是在此期间完成的。

实验 溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验

实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验 一、实验目的 1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 2、了解TiO 2 纳米粒子光催化机理。 二、实验原理 溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、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。 溶胶凝胶法制备TiO 2 纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的,其分步水解方程式为: Ti(OR)n+H 2O Ti(OH)(OR) n-1 +ROH Ti(OH)(OR)n-1+H 2O Ti(OH) 2 (OR) n-2 +ROH …… 反应持续进行,直到生成Ti(OH)n. 缩聚反应: —Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H 2 O —Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH 最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度,当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时,形成网状结构从而溶胶失去流动性,即凝胶形成。 三、原料及设备仪器 1、原料:钛酸正四丁脂(分析纯)、无水乙醇(分析纯)、冰醋酸(分析纯)、盐酸(分析纯)、蒸馏水 2、设备仪器:电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉 四、实验步骤 以钛酸正丁酯[Ti(OC 4H 9 ) 4 ]为前驱物,无水乙醇(C 2 H 5 OH)为溶剂,冰醋酸(CH 3 COOH)为 螯合剂,从而控制钛酸正丁酯均匀水解,减小水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。 1、室温下量取10 mL钛酸丁酯,缓慢滴入到35 mL无水乙醇中,用磁力搅拌器强力搅拌10 min,混合均匀,形成黄色澄清溶液A。 2、将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中,剧烈搅拌,得到溶液B,滴入2-3滴盐酸,调节pH值使pH=3。 3、室温水浴下,在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。 4、滴加完毕后得浅黄色溶液,40℃水浴搅拌加热,约1 h后得到白色凝胶(倾斜烧瓶凝胶不流动)。 5、置于80 ℃下烘干,大约20 h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末。 6、在 600 ℃下热处理2 h,得到二氧化钛(纯白色)粉体。 五、思考题 1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点 2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途 六、实验报告要求 实验报告按照学校统一模板书写,包括下列内容: 1、实验名称、目的和实验步骤。 2、解答思考题。

利用溶胶凝胶法制备纳米材料讲课教案

利用溶胶凝胶法制备 纳米材料

哈尔滨师范大学 学年论文 题目利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学生杨微 指导教师徐玲玲副教授 年级 2009级 专业物理学 系别物理系 学院物理与电子工程学院 哈尔滨师范大学 2012年4月

论文提要 随着社会的发展,纳米材料从开始的微观的概念到现如今纳米材料,从产生到发展到不断创新,大量的新产品已经渗透到了我们的日常生活,纳米纤维、纳米陶瓷、纳米芯片等都已经在市面上有重要应用。 然而纳米材料的制备却成了摆在我们面前亟待解决的最大障碍,但是热爱科学的科学家门在经过了艰苦卓绝的探索,在今天我们已经在纳米材料的制备方面有了新的突破,研究出来很多方法,其中包括物理方法,化学方法,而在化学方法中,本文主要讨论了溶胶凝胶技术制备纳米材料的分类,基本原理以及简单的工艺过程。

利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理 杨微 摘要:本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法,主要是新兴的制 备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法,在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征,重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型,基本原理以及简略的操作流程。 关键词:纳米材料溶胶凝胶基本原理 The basic principle of the use of sol-gel Nano – materials Yang Wei Abstract: This paper introduces the performance and complication of Nano - materials as well as preparation methods, emphatically introduced the emerging Preparation Nano – materials , that is low - temperature process, the sol-gel method describe in detail the types and characteristics of sol-gel method, the focus describes the type of sol-gel Nano - materials, the basic principle, and brief operation process. Key words: sol-gel Nano-materials basic principle 一、纳米材料 (一)纳米材料的产生: “纳米”是一个尺度单位,以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种新兴材料的定义把纳米颗粒尺度限制在1~100nm范围。1990.7在美国巴而的摩召开了第一次国际纳米科学技术学术会议,正式把纳米材料科学作为材料科学的一个分支公布于世。这标志着纳米材料科学作为一个相对比较独立学科的诞生。 (二)纳米科学技术的发展及分类 纳米科学技术是在纳米尺寸范围内通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。纳米科技主要包括:(1)纳米体系物理学;(2)纳米化学:(3)纳米材料学:(4)纳米生物学;(5)纳米加工学;(6)纳米电子学;(7)纳米力学。 (三)纳米材料的使用范围

溶胶凝胶法制备纳米材料

利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理 学院:材料学院班号:1109102 学号:1110910209 姓名:袁皓 摘要:本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法,主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法,在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征,重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型,基本原理以及简略的操作流程。 关键词:纳米材料溶胶凝胶基本原理 一溶胶凝胶法的基本原理 溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法,它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物,前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液,溶质与溶剂产生水解或是醇解反应,反应生成物在液相下均匀混合,均匀反应,生成稳定且无沉淀的溶胶体系,放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶,在凝胶中通常含有大量的液相物质,需要利用萃取或蒸发除去液体介质,并在远低于传统的烧结温度下热处理,最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。 表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征 1.1 溶剂化 能电离的前驱物-金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数),为保持它的配位数而具有强烈的释放H+的趋势。 (M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H+ 1.2 水解反应 非电离式分子前驱物,如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价,R 代表烷基),与水反应,反应可延续进行,直至生成M(OH)n。 M(OR)n+xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH 1.3 缩聚反应 可分为失水缩聚:-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O 失醇缩聚:-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH

溶胶凝胶法制备薄膜

东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/3 批改教师 课程名称电子信息材料大型实验批改日期 实验名称溶胶-凝胶法制备薄膜材料报告成绩 一、实验目的 1、了解溶胶-凝胶法制备薄膜的基本原理。 2、掌握旋涂法制备薄膜的具体方法。 二、实验原理 溶胶-凝胶法基本过程是一些易水解的金属化合物(金属醇盐或无机盐)在魔种有机溶剂中与水发生作用。通过水解缩聚反应形成凝胶膜,再通过热分解,去除凝胶中残余的有机物和水分,最后通过热处理形成所需要的结晶膜。一般的工艺流程图如下。 溶胶形成凝胶的水解和缩聚反应如下: M(OH)n+xH2O→(RO)n-xM-(OH)x+xROH (水解反应) -M-OH+OH-M→M-O-M-+H2O (脱水缩聚反应) -M-OH+RO-M→M-O-M+ROH (脱醇缩聚反应) 溶胶-凝胶技术由于各组分在溶液或溶胶中彻底混合,达到分子级接触,因而具有微区组分高度均匀,化学计量比较准确,易于掺杂及低温下获得高熔点化合物的优点。 三、实验设备及材料 实验仪器:电子天平、磁力搅拌器、甩胶机、净化操作台、快速退 火处理设备、玻璃仪器。 实验药品:醋酸钡、钛酸丁酯、冰乙酸、乙二醇甲醚、硅片等。 四、实验内容及步骤 1.配置溶液 (1)计算配置10ml,0.3mol/L的BaTiO3前体溶液所需的醋酸钡和

钛酸丁酯的用量。经计算得:醋酸钡0.76g 钛酸丁酯1.02g。 (2)在电子天平上铺称量纸调零后称取醋酸钡0.76g,将醋酸钡放入称量瓶中,放入磁子。 (3)用量筒量取2ml冰乙酸加入放有醋酸钡的称量瓶盖紧塞子后将称量瓶放在磁力搅拌器上,使醋酸钡充分溶解。 (4)将另一个称量瓶放在电子天平上,调零,称取1.02g钛酸丁酯,用量筒称取4ml乙二醇甲醚调入装有钛酸丁酯的称量瓶内,将称量瓶放在磁力搅拌器上使液体混合均匀。 (5)最后将钛酸丁酯溶液缓慢加入醋酸钡溶液,将称量瓶放在磁力搅拌器上使液体混合均匀。最后将称量瓶中的溶液加乙二醇甲醚配至10ml,将称量瓶放在磁力搅拌器上使液体混合均匀,然后用玻璃漏斗过滤。 (6)测试所配溶液的pH值,测得pH值为6。 2.甩胶法制膜 (1)将硅片用丙酮清洗再用乙醇清洗。 (2)开净化操作台电源,开通风电源,开甩胶机电源,调整转速为3000rpm,甩胶时间为20s。 (3)用镊子将清洗好的硅片放在甩胶头上,开真空泵,用滴管将2-3滴溶液滴在基片上,溶液铺满基片表面,启动电源进行甩胶,甩好的基片在热台(250℃)上烘烤5min。然后利用设定好的快速热处理升温曲线,在快速热退火处理设备内进行退火。 (4)重复甩胶和热处理步骤两次,得到一定厚度的BaTiO3薄膜。 (5)在显微镜下观察薄膜表面。如下图:

实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验

实验溶胶凝胶法制备纳米 二氧化钛实验 The following text is amended on 12 November 2020.

实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验 一、实验目的 1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 2、了解TiO 2 纳米粒子光催化机理。 二、实验原理 溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、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。 溶胶凝胶法制备TiO 2 纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的,其分步水解方程式为: Ti(OR)n+H 2O Ti(OH)(OR) n-1 +ROH Ti(OH)(OR)n-1+H 2O Ti(OH) 2 (OR) n-2 +ROH …… 反应持续进行,直到生成Ti(OH)n. 缩聚反应: —Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H 2 O —Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH 最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度,当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时,形成网状结构从而溶胶失去流动性,即凝胶形成。 三、原料及设备仪器 1、原料:钛酸正四丁脂(分析纯)、无水乙醇(分析纯)、冰醋酸(分析纯)、盐酸(分析纯)、蒸馏水 2、设备仪器:电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉 四、实验步骤 以钛酸正丁酯[Ti(OC 4H 9 ) 4 ]为前驱物,无水乙醇(C 2 H 5 OH)为溶剂,冰醋酸(CH 3 COOH)为 螯合剂,从而控制钛酸正丁酯均匀水解,减小水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。 1、室温下量取10 mL钛酸丁酯,缓慢滴入到35 mL无水乙醇中,用磁力搅拌器强力搅拌10 min,混合均匀,形成黄色澄清溶液A。 2、将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中,剧烈搅拌,得到溶液B,滴入2-3滴盐酸,调节pH值使pH=3。 3、室温水浴下,在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。 4、滴加完毕后得浅黄色溶液,40℃水浴搅拌加热,约1 h后得到白色凝胶(倾斜烧瓶凝胶不流动)。 5、置于80 ℃下烘干,大约20 h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末。 6、在 600 ℃下热处理2 h,得到二氧化钛(纯白色)粉体。 五、思考题 1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点 2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途 六、实验报告要求 实验报告按照学校统一模板书写,包括下列内容: 1、实验名称、目的和实验步骤。 2、解答思考题。

溶胶凝胶法

溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法(Sol-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,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,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-凝胶法由于其前驱物及其反映条件的不同可以分为以下几种制备方法。 l、金属醇盐水解法 该方法的基本过程是将醇盐溶于有机溶剂,然后在搅拌的同时缓慢加入蒸馏水的醇溶液,控制一定的pH值,经反应一定时间即可得到溶胶。溶胶的化学均匀程度一方面受到前驱液中各醇盐混合水平的影响,这与醇盐之间的化学反应情况密切相关;另一方面,每种醇盐对水的活性也有很大的差异。当金属醇盐之间不发生反应时,各种金属醇盐对水的活性起决定作用,反应活性的不同导致溶胶不均匀。添加有机络合剂是克服这些问题切实可行的办法,常用的络合剂有羧酸或β-二酮等添加剂。 2、强制水解法 该方法的基本过程是将将所要制备的金属氯化物加到氯化氢的水溶液中,将其加热到沸腾反应一段时间即得到对应的溶胶。这种方法在制备氧化物在氧化物阳极材料的制备中也得到了较为广泛的应用。 3.金属醇盐氨解法 4、原位聚合法及聚合螫合法 这种方法的作用机理是有机单体聚合形成不断生长的刚性有机聚合网络,包围稳定的金属螫合物,从而减弱各种不同离子的差异性,减少各金属在高温分解中的偏析 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。 ⑴Sol-Gel法的基本原理及特点 S01-Gel法的基本反应步骤如下: 1)溶剂化:金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)n x+,为保持其配位数,具有强烈释放H+的趋势。 M(H2O)n x+→M(H2O)n-1(OH)(x-1)+H+ 2)水解反应:非电离式分子前驱物,如金属醇盐M(OR)n与水反应。 M(0R)n+xH20=M(OH)x(OR)n-x,+xROH—M(OH)n 3)缩聚反应:按其所脱去分子种类,可分为两类 a)失水缩聚 —M—OH+HO—M—=—M—O—M—+H20 b)失醇缩聚 —M—0R+HO—M—=—M—O—M—+ROH

溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜

一、所需试剂和实验仪器 试验中所需试剂(均为国药集团生产)及其作用: 二水合醋酸锌Zn(CH3COO)2?2H2O 金属前驱物 乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH 溶剂 无水乙醇CH3CH2OH 溶剂、清洗 异丙醇(CH3)2CHOH 溶剂 乙醇胺H2NCH2CH2OH 稳定剂 二乙醇胺HN(CH2CH2OH)2 稳定剂 九水合硝酸铝Al(NO3)3?9H2O 掺杂 丙酮CH3COCH3 清洗基片 浓盐酸HCL 清洗基片 去离子水H2O 清洗基片 制备薄膜的实验仪器设备 仪器型号用途 物理电子天平FA1104电子天平,测量前驱物及掺杂等物质 d=0.1mg,上海方瑞仪器 恒温磁力搅拌器78HW-1 型,金坛荣华仪器配制溶胶 台式匀胶机KW-4A 型台式匀胶机涂胶制备薄膜 中科院微电子研究所 电热恒温鼓风干燥箱DHG-9101.OSA 型预热处理薄膜 管式电阻炉SK-2-2-12 型预热和最终高温处理薄膜 上海实验电炉 测试仪器 X-射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电镜SEM、Hitachi-F4500荧光光谱仪等。 其它 石英硅片

二、实验步骤 (一)ZnO 前驱溶胶的制备 1、配制0.75 M 的溶胶: 用电子天平(精度为0.1mg)准确称取8.2621g 二水合醋酸锌放入大约30 mL 的乙醇溶剂中用具塞三角瓶盛放,用恒温磁力搅拌器搅拌并保持温度为70℃,10 分钟后加入4.60 mL的乙醇胺稳定剂,搅拌10 分钟后,待其冷却后在50 mL 容量瓶中用乙醇滴定,配制成0.75 M 的溶胶,最后在70℃的恒温磁力搅拌器上搅拌 1 小时后,形成均一透明的溶胶,至少静置48 小时后待用。在相同的条件下,分别用异丙醇(IPA),乙二醇甲醚(EGME)做为溶剂配制0.75 M 的ZnO 前驱物溶胶,至此我们配制了三种不同溶剂的ZnO 溶胶备用。 2、ZnO 薄膜的制备 我们选用石英片作为衬底。 (1)基片的清洗:采用石英片为基板,在涂膜前依次用浓盐酸、酒精、丙酮和丙酮酒精混合物以及去离子水在超声仪中清洗15 分钟,然后用于涂膜。 (2)薄膜的制备:我们在这次实验中采取四次涂膜。采用旋涂法进行涂膜,涂膜时先低转速600r/min,时间 6 s,然后高转速为3000 r/min,旋转时间为30s。涂膜结束后立即放入200o C 的烘箱中干燥10min,然后放入管式炉中进行500o C 热处理10 min。每一薄膜试样重复上述涂膜过程4 次。获得的ZnO 薄膜样品最后在600℃热处理 1 小时。 三、厚度、表面形貌及光学性质检测 1、X-射线衍射仪(X-Ray Diffraction) 从XRD 的结果可以确定晶体的物相、晶格常数和颗粒大小,还可根据峰的

溶胶凝胶制备微晶玻璃

溶胶—凝胶技术制备微晶玻璃 摘要:玻璃的制备工艺多种多样,而用溶胶-凝胶法制备玻璃是近年来兴起的新工艺,本文简单介绍了利用溶胶-凝胶法制备微晶玻璃的状况。 关键词:溶胶凝胶;微晶玻璃;新型; 0 前言 玻璃是一种经过高温熔融得到的非晶态固体材料,具无规则结构的非晶态无机物,原子排列近似液体,近程有序,形状又象固体那样保持一定的形状。通常可按照生产工艺、成分和性能进行分类,具有各向同性、亚稳性、无固定熔点、可逆渐变性和连续性的特性。 玻璃的制备方法多种多样,根据不同的方法可分别从固态、气态、液态进行制备[1]。气态:气体辉光放电法、电解沉积法、溅射法、化学气相沉积法、物理气相沉积法;液态:急冷法(熔融冷却法);固态:粉末冶金法。这些方法都是较为传统的制备方法。随着制备技术的不断研究和发展,一些新的制备技术不断被应用于制备玻璃。如:辐照法、悬浮熔炼技术、溶胶-凝胶法、落管技术、粒子注入法、冲击波法、低熔点氧化物包裹法等。其中急冷法又可以细化出几种:喷枪法、锤砧法、离心法、压延法、单辊法、熔体沾出法和融滴法。 溶胶-凝胶合成法是在20世纪60年代中期作为制备玻璃、陶瓷材料的一种工艺发展起来的、在低温或温和条件下合成无机化合物和无机材料的重要方法。溶胶是指微粒尺寸介于1-100nm之间的固体质点分散于介质中所形成的多相体系;凝胶则是溶胶通过凝胶化作用(gelation)转变而成的、含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络,是一种无流动性的半刚性(semi-rigid)的固相体系。 1 特点 溶胶-凝胶法的优点:①通过溶液混合,易获得需要的均相多组分体系;②可大幅降低制备温度,在较温和的条件下合成出陶瓷、玻璃、纳米复合材料等功能材料;③可制备高纯或超纯物质,且可避免在高温下对反应容器的污染等问题;④溶胶或凝胶的流变性质有利于某种技术如喷射、旋涂、浸拉、浸渍等的实现。该制备方法存在的不足:①原料(金属醇盐)价格昂贵,醇的回收使技术和设备投资增加,且有机物危害健康,工业化生产有一定难度;②整个溶胶-凝胶过程通常需几天或几周的时间,时间较长;③凝胶中存在大量微孔,干燥过程中会逸出许多气体和有机物,干燥收缩大。 2微晶玻璃的制备 溶胶-凝胶法制备玻璃和制备薄膜、超细粉体的部分原理与技术相同或相似。即先由金属与醇类反应,醇氧化物分子中的有机基团与金属离子通过氧原子键合得到金属的醇氧化物[3]。醇氧化物一方面可溶于相似的醇溶剂中,另一方面当加入水时,醇氧化物与

综合实验-溶胶凝胶法制备

综合实验:溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉 1 实验目的:1. 用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉。 2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 3.了解纳米粒子常用的表征手段。 2 实验原理 自70年代初发现二氧化钛电极具有光照下分解水的功能以来,有关二氧化钛半导体光催化剂的研究成为环境领域的一个热点。用半导体光催化分解毒性有机物有两个优点:第一,适当选择催化剂,可以利用太阳能处理毒物,节约能源;第二,一些半导体的光生空穴具有很强的氧化能力,能彻底降解绝大多数有机物质,而且能将它们最后分解为二氧化碳、水和无机物,避免了用化学方法处理带来的二次污染。制备纳米粒子的方法很多,如化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法、反相胶团法、气相法等。 溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、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。溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,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。凝胶是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(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,凝胶能否形成的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强,以致克服胶粒-溶剂间的相互作用力。对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。因此,胶粒间相互靠近或吸附聚合时,可降低体系的能量,并趋于稳定,进而形成凝胶。 该方法的优点是:(1)反应温度低,反应过程易于控制;(2)制品的均匀度和纯度高、均匀性可达分子或原子水平;(3)化学计量准确,易于改性,掺杂的范围宽(包括掺杂的量和种类);(4)从同一种原料出发,改变工艺过程即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维等;(5)工艺简单,不需要昂贵的设备。但目前该项技术还处于发展完善阶段,如采用的金属醇盐成本较高以及如何选择催化剂、溶液的pH值、水解、聚合温度以及防止凝胶在干燥过程中的开裂等。随着科学工作者的不断努力,对溶胶-凝胶机理的进一步认

溶胶凝胶法制备TiO

北方民族大学材料学院 选修实验结题报告书(创新研究型) 溶胶-凝胶法制备TiO2 姓名:陆彬学号:20083174 指导教师:崔丽华 成员:覃剑、江杰、伍明江、史婵娟、庞家琛、卢长德、王保良等起止日期:2011.10.25到2011.11.10 北方民族大学材料学院 填表日期:2011 年11 月16 日

一 问题分析 1.为什么选用溶胶-凝胶法作为制备TiO 2的工艺方法? 答:(1)由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。 (2)由于经过溶液反应步骤,那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂。 (3)与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反应容易进行,温度较低。 (4 )选择不同的工艺过程,同一原料可制备不同的制品,如生产TiO 2可 制得粉体或薄膜。 (5 )由于有液体参与,反应温度较低,加热时反应物温度均匀,容易控制反应的进行。 ( 6)可制备比表面积很大的凝胶或粉体。 总之所用原料基本上是醇盐或无机盐,易于提纯,因而所制得的材料纯度高。溶胶-凝胶法产物颗粒均一,过程易控制。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程。 答:

3.为什么选用500℃作为TiO2的最高煅烧温度? 答:不同温度下,所制得的微观相不同,5000C下为锐钛矿相,8000C下为 金红石相。5000C作为最高煅烧温度制得粉末粒径均匀,烧结性良好。 4.不同的矿型对氧化钛的光催化性能有何影响? 答:TiO2是一种宽禁带半导体(锐钛矿型禁带宽度为3.2ev,金红石为3ev), 由填满电子的低能价带和空的高能导带构成。当大于禁带能量的光子被半导体颗粒吸收后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电荷的高活性电子,同时价带上也产生带有正电荷的空穴。 ?的氧化能力是水矿化剂中活性基团的氧化能力决定光催化性能,如:OH 中存在的氧化剂中最强的,能够氧化大部分的有机污染物和部分的无机污染物, ?对反应物几乎无选择性,因而将其最终降解为CO2、H2O等无害物质,并且OH 在光催化氧化中起着决定性的作用。 5.水的加入量、水解抑制剂的选择、pH值、滴加速度、陈化时间、干燥温度及煅烧温度等对实验的影响? 答:影响因素分析 水加入量溶剂在溶胶-凝胶反应过程中主要起分散化作用,首先为了保证前驱体的充分溶解,需保证一定量的溶剂,但如果一种溶剂的浓度过高,会使表面形成的双电层变薄,排斥能降低,制备的粉体团聚现象严重。 水解抑制剂的选择不同的水解抑制剂的抑制效果不一样,在实验中对实验结果不同。选择适合的抑制剂,符合实验中的温度、pH、水解时间,能得到效果良好的粉末。 pH值溶液pH值对溶胶和凝胶水解起催化作用,选用一定的碱调节pH值,在不同pH值条件下会对制备的粉体有一定影响,当pH值较高时,盐类的水解速度较低,而聚合速度较大,且易于沉淀,粉体粒径易粗化;随着pH值的减小,金属离子水解速度快,聚合度较小,凝胶粒子小;但pH值过低,溶液酸度过高,金属离子络合物的稳定性下降。 滴加速度滴加速度的快水解速度也快,而聚合程度决定于原颗粒的大小,聚合速度取决于水解速率。如果水解反应速率大于缩聚反应速率,能够促进凝胶的形成。但在许多情况下,水解反应比缩聚反应快的太多,往往形成沉淀而无法形成稳定的均匀凝胶。要成功合成稳定的凝胶,关键在于降低络合物的水解速率,配制在pH值增大的条件下也足够稳定的前驱液。金属离子络合的目的是控制配位水分子在去离子反应中的水解速度,尽量减慢水解反应速度使缩聚反应完全

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