溶胶凝胶法制出的粉体可应用在哪

溶胶凝胶法制出的粉体可应用在哪

溶胶—凝胶法的原理，是易水解的金属无机盐或金属醇盐化合物在某种熔剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥、烧结等后处理得到超细粉末。该法历史可追溯到19世纪中叶，Ebelman发现正硅酸乙酯水解形成的SiO2呈玻璃状，随后Graham研究发现SiO2凝胶中的水可以被有机溶剂置换，该现象经过长时间化学家们的研究探索，后来逐渐形成胶体化学学科。在20世纪30年代至70年代这一阶段科学家们把胶体化学原理应用到制备无机材料获得初步成功，引起人们的重视，并称该法为化学合成法或SSG法（Solution~solgel），阐明该法在制备材料的初期就进行控制使均匀性可达到亚微米级、纳米级甚至分子级水平。也就是说在材料制备早期就着手控制材料的微观结构，它不仅可用于微粉，而且可用于制备薄膜，纤维及复合材料。
溶胶—凝胶法实践表明，其优缺点是：1、在制备过程中无需机械混合，不易引进杂质，可达高纯度；2、因溶胶由溶液制得，化学均匀性好，3、颗粒细，胶粒尺寸可小于0.1um，4、可容纳不溶性颗粒，将其均匀地分散在不产生沉淀的组分溶液中，然后经胶凝化，使不溶性组分固定在凝胶体系中，5、可溶性参杂组分分布均匀6、合成温度低，7、粉末活性高，8、工艺设备简单，但原材料价格昂贵，9、烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，10、干燥时收缩大。
目前采用溶胶—凝胶法其工艺过程不外乎三种类型，即传统胶体型、无机聚合物型和络合物型。溶胶—凝胶法早期采用的是传统胶体型方法，但在20世纪80年代前后，科学家们集中研究无机聚合物型，因为该型易于控制，各组分体系凝胶及后续产品较均匀，且易从溶胶或凝胶出发制备成各种形状的材料，但其过程一般需要可溶于有机溶剂的醇盐作为前驱体，而许多低价金属醇盐不溶于有机溶剂，致使此型的应用受到限制，为此人们将金属离子形成络合物，使之成为可溶性产物，然后经过络合物溶胶—凝胶过程形成凝胶。
下面着重介绍无机聚合物型和络合物型的溶胶—凝胶法。无机聚合物型是将金属醇盐（可选用部分其它盐类）溶解在有机溶剂中，通过水解—聚合反应形成均匀的溶胶（sol）进一步反应并失去大部分有机溶剂转化成凝胶（Gel），再经过热处理制备超细粉料。采用该法制备的关键在于金属醇盐的合成方法。金属醇盐称为金属烷氧基化合物，它们是具有烷氧基与金属元素键合的C-O-M键的特征。如制备稀土醇盐必须以碱金属（Li、Na、或K）或碱土金属（Ca、Mg）的醇盐作为烷氧基的提供者，再与稀土金属卤化物有机羧酸盐反应而获得。方法可用无水稀土乙酸盐、金属钙粒与乙醇在芳香族类溶剂中回流加热反应而合成稀土金属醇盐。现举实例如下：1、无水稀土乙酸盐的制备：将干燥的稀土氢氧化物用一定量的无水乙酸溶解，蒸除多余的乙酸，然后加入苯共沸蒸馏以除去里面所含的水份，获得无水的乙酸盐。2、稀土金属醇盐的合成：以无水的稀土乙酸盐为原料，与碱土金属、低碳醇在芳香族苯类溶剂体系中反应在经干燥净化处理的高纯氮气保护下，加热至沸腾温度70℃左右。回流反应一定时间，得到稀土金属醇盐与醇、苯类的混合溶液，再将该溶液在高纯氮气保护下蒸馏，即可得稀土金属醇盐。
金属醇盐法由于醇盐的制备工艺较复杂，成本又高，而许多低价金属醇盐又不溶于有机溶剂，络合物型溶胶—凝胶法发展起来了。下面举实例于下：
下面举溶胶—凝胶法合成LiZnSiO4实例加以说明。按一定的化学计量比称取LiCO3和ZnO并溶于HNO3中，加入金属离子等物质量的柠檬酸，将Si（OC2H5）4溶于无水乙醇中，使柠檬酸盐水溶液和乙醇溶液的体积比为5：1，边搅拌边将水溶液例入乙醇溶液中，用氨水调节PH值，将该混合液在80℃回流，使其发生水解和缩聚，然后与70℃缓慢蒸发溶剂，逐渐由溶液→溶胶最终形成凝胶，然后在120℃干燥，得到干凝胶，将干凝胶在一定温度下进行一定时间的高温处理，得到组成为Li2ZnSO4的超细粉，最后压片烧结。
另一例以溶胶-凝胶法制备超细铁氧材料。将化学计量比的Fe3+、Co3+、Ba2+、Zn2+、Cu2+的硝酸盐溶液混合，搅拌形成均匀褐色透明溶液，再将柠檬酸溶液按摩尔比1：1-1：3缓慢地加入前面已制的溶液中，适当加热（70℃-90℃）并搅拌，使形成均匀溶液，将氨水缓慢地加入上述配制的溶液中，使完全混合，直至溶液呈中性，PH=7-8，将配制好的溶液置于100-150℃烘箱中烘干， 溶液形成黑褐色的干凝胶，然后将干凝胶在一定温度下进行热处理。而得铁氧体细粉。