溶膠與凝膠技術(shù)ppt課件-資料下載頁
2025-05-01 08:38本頁面
【正文】 工藝 溶膠 /凝膠法制備的薄膜及涂層材料 薄膜開裂問題 薄膜中的應(yīng)力與膜厚度對薄膜開裂的影響 隨著膜的干燥 ,體積收縮 .當膜附著在基板上時 ,平行于基板方向不能發(fā)生收縮 ,體積的減小完全體現(xiàn)在厚度的減小上 .當膜固化后 ,應(yīng)力不能靠流動釋放時 ,拉伸應(yīng)力在基板平面上體現(xiàn)出來 . 溶膠配比對膜層開裂的影響 以 SiO2薄膜為例 ,采用 Si(OC2H5)4(簡稱 TEOS),水 ,鹽酸 ,異丙醇 (iPrOH)以及乙醇 (EtOH)的混合體系 A區(qū)不不相混區(qū) 。B區(qū)為成膜區(qū) 。 C,D,E為薄膜易開裂區(qū)或不成膜區(qū) 圖 (a),(b)分別為 B,C區(qū)的顯微照片 (a) (b) 溶膠 /凝膠法制備的薄膜及涂層材料 催化劑的用量對膜開裂的影響 仍然以 SiO2薄膜為例 膠凝時間 :以開始陳化到容器傾斜 放置液體不流動為止的間隔時間 HCl為催化劑 ,隨 HCl/TEOS比例 的增加 ,膠凝時間顯著增加 凝膠時間過短 ,薄膜表層溶劑揮發(fā) 過快 ,而內(nèi)部極含有較多溶劑 ,由于應(yīng)力 差而易導(dǎo)致膜層開裂 干燥過程中相對濕度氣氛在防止薄膜開 裂中的作用 凝膠干燥過程中 ,溶劑與水分蒸發(fā) 過快 ,易造成膜層開裂 保持一定的相對濕度可以抵制溶劑 和水分的快速蒸發(fā) ,防止開裂 溶膠 /凝膠法制備的薄膜及涂層材料 熱處理升溫速率對薄膜開裂的影響 對于硅凝膠 : ? 30~1100C凝膠表層的溶劑和水分的蒸發(fā) ? 110~2100C凝膠孔洞內(nèi)溶劑和水分的揮發(fā)及 SiOH間脫水縮聚 ? 210~3900C仍有少量 SiOH脫水縮聚 ? 4900C時 ,水分基本脫去 所以 2100C是除去溶劑 ,脫去物理吸附水和分子間水的主要階段 ,熱處理不當易造成膜開裂 熱處理過程中 ,升溫速率對薄膜開裂影響較大 ,圖表中樣品 1,2,3,4,5,分別為 H2O/TEOS為 6,8,10,12,14 溶膠 /凝膠法制備納米粉體 溶膠 /凝膠技術(shù)特點 :用液體化學(xué)試劑為原料 ,反應(yīng)物在液相下均勻混合并時行反應(yīng) ,生成穩(wěn)定溶膠體 ,放置一定時間后或在一定條件下，轉(zhuǎn)變?yōu)槟z ,其中含有大量液相 ,可借助蒸發(fā)除去液體介質(zhì) 優(yōu)點 : 可以低溫制備 增進多元組分體系的均勻性 ,均勻度可達分子或原子尺度 。 反應(yīng)過程易于控制 。 不同的工藝過程 ,同一原料可以用于不同制品 。 可制得表面積很大的凝膠或粉體 溶膠 /凝膠法制備納米粉體 溶膠 /凝膠法制備納米粉體的工藝控制 溶劑的選擇 : 醇鹽中的 OR與醇溶劑中的 OR’易發(fā)生交換 ,造成醇鹽水解活性的變化 加水量的影響 :加水量對醇鹽水解縮聚的的結(jié)構(gòu)有重要影響 ,加水量少 ,醇鹽水解的烷基少 ,水解的醇鹽分子縮聚易形成低交聯(lián)度的產(chǎn)物 。反之 ,則易形成高度聯(lián)交的產(chǎn)物 醇鹽品種及其濃度的影響 :同一元素的不同醇鹽水解速率不同 ,烷基碳原子數(shù)量增加 ,醇鹽水解速率下降 。作為溶劑的醇量過多 ,導(dǎo)致醇鹽濃度下降 ,延長膠凝時間 。反之 ,醇鹽濃度過高 ,水解縮聚產(chǎn)物濃度過高 ,易引起沉淀 PH值的影響 :酸催化時 ,由于親電反應(yīng) ,易形成鏈狀交聯(lián) 。堿催化時 ,因親核反應(yīng)容易生成 Si(OH)4,進一步縮聚 ,便生成高交聯(lián)度的粒子沉淀 陳化時間的影響 :陳化時間過短 ,顆粒尺寸分布不均勻 。時間過長 ,粒子長大 ,不易形成超細結(jié)構(gòu) 凝膠干燥條件的影響 :干燥階段體積收縮導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞并影響超細顆粒性能 ,早期采用極慢蒸發(fā)干燥 ,長達一年多 .后期使用超臨界技術(shù)和冷凍干燥技術(shù) 燒結(jié)溫度的影響 :低溫脫去表面的水和醇 ,2653000C,OR基氧化 , 3000C以上脫去結(jié)構(gòu)中 OR基 ,OR基非充分氧化時可能碳化 ,升溫速率不宜過快 溶膠 /凝膠法制備納米粉體 粉體團聚問題 分子間力 ,氫鍵 ,靜電作用等引起的顆粒聚集 由于顆粒間的隧道效應(yīng) ,電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合 ,使粒子極易通過界面發(fā)生相互作用和固相反應(yīng)而團聚 由于納米粒子的巨大比表面積 ,使其與空氣接觸或各種介質(zhì)接觸后 ,極易吸附氣體 ,介質(zhì)等 ,并與之發(fā)生相互作用 ,而失去原來的表面性質(zhì) ,導(dǎo)致粘連與團聚 因其極高的表面能和較大的接觸界面 ,使晶粒生長的速度加快 ,因而使顆粒尺寸保持不變相當困難 溶膠 /凝膠法制備納米粉體 無機鹽前驅(qū)體溶膠 /凝膠法制備 TiO2粉體 N2保護下稱取一定量的 TiCl4,制得含 HCl的 TiCl4的水溶液 ,置于密閉容器中 稀釋到一定濃度 ,加入表面活性劑 . 比如用十二烷基苯磺酸鈉 ,攪拌同時加入 TiCl4,常溫下加入一定量的氨水 ,速度為 2ml/min,攪拌速度 45r/min,調(diào)節(jié) PH值在 ,室溫下陳化 360h,得到水凝膠 將水凝膠離心分離 ,多次洗滌到無 Cl,定量用無水乙醇洗 35次 ,抽干后得到 TiO2醇凝膠 采用超臨界干燥法干燥凝膠 ,恒溫下通入 N2 冷卻至室溫 ,即可得到 TiO2超細粉 在低于 10000C下煅燒可等到 TiO2納米粉體
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