【Sol-Gel系列一】溶膠凝膠法基本原理全面解析,趕緊收藏

2021-02-25 薄膜材料前沿

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本系列關於溶膠凝膠的文章共分為四個部分，分別是概念以及基本原理介紹、合成方法的適用範圍、工藝過程、合成方法的應用舉例，通過這四篇文章，希望能給大家帶來幫助！

名詞解釋

溶膠

（Sol）


是具有液體特徵的膠體體系

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

凝膠

（Gel）

是具有固體特徵的膠體體系

被分散的物質形成連續的網狀骨架

骨架空隙中充有液體或氣體

凝膠中分散相的含量很低

一般在1％～3％之間

兩者的區別溶膠凝膠無固定形狀固定形狀固相粒子自由運動固相粒子按一定網架結構固定，不能自由移動

溶膠凝膠法

就是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，並進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過乾燥、燒結固化製備出分子乃至納米亞結構的材料。

溶膠凝膠基本原理

膠體穩定原理

DLVO理論

溶膠體系中，由於靜電引力的存在會使溶液中的反離子向顆粒表面靠攏，並排斥同離子，固體表面電荷與溶液中反電荷形成了雙電層結構。

被吸附的離子與固體表面結合牢固，固體和液體相對運動時，固體帶動部分反離子一起滑動。AB面是發生電動現象時的實際滑動面，滑動面上的電位即ζ電位。ζ電位等於零時的pH點成為等電點。

溶膠是固體或大分子顆粒分散於液相的膠體體系，具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比內部原子高，粒子間便有相互聚結從而降低表面能的趨勢。

  增加體系中粒子間結合所須克服的能壘可使之在動力學上穩定

增加粒子間能壘通常有三個基本途徑：

(1)使膠粒帶表面電荷

(2) 利用空間位阻效應

(3)利用溶劑化效應

溶膠穩定機制

溶膠顆粒表面電荷

來自膠粒晶格離子的選擇性電離

或選擇性吸附溶劑中的離子

對金屬氧化物水溶膠

一般優先吸附H＋或OH－

當pH>PZC時

膠粒表面帶負電荷

反之

則帶正電荷

根據DLVO理論

膠粒受到雙電層斥力和長程範德華引力二種作用

此外

膠粒間相互作用

還有分子間的範德華力和由表層價電子重疊

引起的短程波恩斥力

醇鹽的水解

縮聚反應

【Sol-Gel系列二】溶膠-凝膠法能適用於哪些材料？

來源：光學薄膜前沿

編輯：付冠傑

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