溶膠與凝膠技術ppt課件-在線瀏覽
2025-06-18 08:38本頁面
【正文】 )xORnx+xROH (RO)3SiOR+H2O (RO)3SiOH+ROH 溶膠的縮聚反應 2(RO)n1MOH (RO)n1MOM(ORn1)+H2O m(RO)n2M(OH)2 [M(OR)n2]m+mH2O 干燥過程導致凝膠組織構造破壞的作用力 導致凝膠開裂的因素： 毛細壓力 : 當凝膠蒸發(fā)干燥時 , 固液界面由高能量的固氣界面所代替 ,系統(tǒng)要達到穩(wěn)定狀態(tài) , 液體將由體相向界面擴展 , 孔內(nèi)的液體蒸發(fā) , 使液面彎曲 , 從而產(chǎn)生壓力 滲透壓力 : 當純?nèi)軇┩高^ 半透膜 時 ,阻止溶劑通過所需要的壓力稱為滲透壓 . 凝膠干燥時 ,由于 孔內(nèi)含有電解質(zhì)或不同揮發(fā)速率的液體在表面蒸發(fā)時 , 使得內(nèi)部與表面 產(chǎn)生濃度梯度 . 此時的 凝膠網(wǎng)起到半透膜作用 , 固相壓縮起到平衡擴散產(chǎn)生的張力作用 分離壓力 : 分離壓力是 固液界面上產(chǎn)生的一種近程力 , 液體分子在固體表面作用力 很強 , 吸附層厚達 1nm, 當溶劑在固體表面蒸發(fā)時 ,產(chǎn)生的靜電力 ,溶劑結構等阻止凝膠收縮 , 從而使孔內(nèi)的液體或蒸汽流出或擴散 維持凝膠結構采取的措施 維持凝膠結構采取的措施： 減小液相的表面張力 增大凝膠的孔徑 使凝膠表面疏水 增強凝膠的機械強度 采用氣液界面消失的超臨界干燥 采用冷凍干燥法蒸發(fā)溶劑 超臨界干燥技術 超臨界干燥原因 : 超臨界液體干燥技術是利用超臨界現(xiàn)象 , 即在臨界點 以上 , 氣液相界面消失 , 來避免液體的表面張力 臨界溫度 : 每一種氣體都有一個特定的溫度 ,在此溫度以上 , 無論加多大 壓力 , 氣體都不會液化 , 這個溫度叫臨界溫度 臨界壓力 : 使氣體在臨界溫度下液化所需要的壓力 , 叫臨界壓力 超臨界區(qū)域 : 當一個體系中的溫度和壓力分別高于其臨界溫度和壓力時 , 該體系處于超臨界區(qū)域 超臨界流體 : 超臨界狀態(tài)下 , 物質(zhì)以一種既非液體也非氣體 , 但兼氣液性 質(zhì)的超臨界液體狀態(tài)存在 , 密度、熱容及導熱性與液體相似 , 黏度和擴散系數(shù)與氣體相近 超臨界干燥步驟 : 加熱使溫度和壓力升到超臨界狀態(tài) , 并達到平衡或穩(wěn)定 蒸氣在恒溫下釋放 , 降壓 降溫到室溫 冷凍干燥技術 冷凍干燥是在低溫下 把液氣相界面轉(zhuǎn)化為氣固界面 步驟 : 冷凍 升華 作用 : 固氣直接轉(zhuǎn)化避免了孔內(nèi)形成彎曲液面 , 減少了應力的產(chǎn)生 , 從而避免了凝膠的塌陷和破碎 冷凍干燥器示意圖 水的壓力 溫度圖 溶膠 /凝膠法過程 金屬醇鹽 ,溶劑 ,水及催化劑混合 , 制備出溶膠 ①溶膠陳化后得到凝膠⑧ 、 ②經(jīng)蒸發(fā)溶劑得氣凝膠 ,或③得到干凝膠 燒結②或③后 ,得到陶瓷體④ 溶膠在不同襯底上成膜⑤ , 焙燒或熱處理后得到均勻薄膜⑥ 溶膠可拉絲得到玻璃纖維⑦ 溶膠也可以被處理后得到粉末 溶膠 /凝膠法制備 SiO2玻璃 兩種主要制備 Si溶膠的方法 : Si(OC2H5)4(正硅酸乙醇 ,簡稱 TEOS), C2H5OH及 HCl混合 , 一定溫度下強烈攪拌 物質(zhì)的量比為 Si(OC2H5)4:H2O:CH3OH:(CH3)2NCHO(N二甲基甲酰胺 ,簡稱 DMF):=1:10::1: 104,充分攪拌 溶膠的凝膠轉(zhuǎn)變 : 把溶膠入密閉試管中 , 保存在 350C的干燥器中放置 48h內(nèi) ,加熱使溫度由 350C上升到 800C,即可縮合反應得到凝膠體 : Si(OH)4+Si(OH)4 (OH)3SiOSi(OH)3 (OH)3SiOSi(OH)3+6Si(OH)4 [(HO)3SiO]3SiOSi[OSi(OH)3]3+6H2O 凝膠化轉(zhuǎn)變的影響因素 PH值對凝膠化轉(zhuǎn)變時間的影響 隨 PH值的升高凝膠時間先少量增加后減少 PH≈ SiO2的 等電點 PH , 溶膠粒子表面可吸附H+, 通過化學鍵斷裂產(chǎn)生 ≡Si+, ≡Si+攻擊 SiOH,發(fā)生 縮聚反應 PH 7時 ,溶膠粒子表面可吸附 OH,通過化學鍵斷裂產(chǎn)生 ≡SiO, 其攻擊其它溶膠分子的中心 Si原子 , 發(fā)生縮聚反應 當 PH ≈ , 粒子表面無法吸附電荷 , 對基團的攻擊減弱 , 致使縮聚反應進行較慢 凝膠化轉(zhuǎn)變的影響因素 對正硅酸乙醇 Si(OC2H5)4加水量的多少對凝膠轉(zhuǎn)變時間的影響 定義 H2O/TEOS=r(摩爾比 ) 當 r4時 , 隨 r增加 , 硅酸乙酯水解后形成的 SiOH基團濃度增加 , 有利于縮聚反應進行 當 r4時 , 隨 r的增加硅酸乙酯水解后形成的 SiOH基團濃度逐漸減小 , 基團難以發(fā)生
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