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溶膠-凝膠法制備的粉體可以應用在哪裏?

溶膠-凝膠法的原理是易水解的金屬無機鹽或金屬醇鹽化合物在壹定的熔劑中與水反應,通過水解和縮聚作用逐漸凝膠化,然後幹燥、燒結得到超細粉末。這種方法的歷史可以追溯到19世紀中葉。Ebelman發現四乙氧基矽烷水解形成的SiO _ 2是玻璃狀的,Graham發現SiO _ 2凝膠中的水可以被有機溶劑取代。化學家們對這壹現象進行了長期的研究和探索,後來逐漸形成了膠體化學學科。20世紀30-70年代,科學家將膠體化學原理應用於無機材料的制備,引起了人們的關註。他們把這種方法稱為化學合成或SSG(sol gel ),並解釋說這種方法是在制備材料的初始階段進行控制,使均勻性達到亞微米、納米甚至分子水平。也就是說,在材料制備的前期就控制了材料的微觀結構,不僅可以用於微粉,還可以用於制備薄膜、纖維和復合材料。

溶膠-凝膠法的實踐表明,其優缺點為:1,制備過程中無需機械攪拌,不易引入雜質,純度高;2.由於溶膠由溶液制備,化學均勻性好;3.顆粒細小,膠體粒徑可小於0.65438±0 μm;4.可含有不溶性顆粒,均勻分散在組分溶液中而不沈澱,然後凝膠化,將不溶性組分固定在凝膠體系中;5.可溶性雜質成分分布均勻;6.合成溫度低;7.粉體活性高;8.

目前溶膠-凝膠法有三種類型,即傳統的膠體型、無機聚合物型和復合型。早期的溶膠-凝膠法采用的是傳統的膠體法,但在80年代前後,科學家們把目光集中在了無機高分子型上,因為這種類型容易控制,各個組分體系的凝膠和後續產物都比較均勻,很容易從溶膠或凝膠中制備出各種形狀的材料。然而,該方法通常需要可溶於有機溶劑的醇鹽作為前體,而許多廉價的金屬醇鹽不溶於有機溶劑,這限制了該類型的應用。因此,人們將金屬離子形成絡合物。

下面重點介紹無機高分子型和復合型的溶膠-凝膠法。無機高分子型是將金屬醇鹽(也可選擇其他壹些鹽)溶解在有機溶劑中,通過水解-聚合反應形成均勻的溶膠,進壹步反應失去大部分有機溶劑使其轉化為凝膠,再通過熱處理制備超細粉體。該方法制備的關鍵在於金屬醇鹽的合成方法。金屬醇鹽稱為金屬烷氧基化合物,其特點是烷氧基與金屬元素之間形成C-O-M鍵。例如,為了制備稀土醇鹽,堿金屬(li、Na或K)或堿土金屬(Ca、Mg)的醇鹽必須用作烷氧基的提供者,然後與稀土金屬鹵化物有機羧酸鹽反應以獲得它們。方法無水醋酸稀土、金屬鈣顆粒和乙醇在芳香溶劑中回流合成稀土金屬醇鹽。下面舉例:1。無水醋酸稀土的制備:將幹燥的氫氧化稀土用壹定量的無水醋酸溶解,蒸發掉多余的醋酸,然後加入苯進行沸騰蒸餾,除去其中所含的水,得到無水醋酸稀土。2.稀土金屬醇鹽的合成:以無水醋酸稀土為原料,在芳烴溶劑體系中,與堿土金屬和低碳醇反應,在幹燥提純的高純氮氣保護下,加熱至沸點70℃左右。回流反應壹定時間,得到稀土金屬醇鹽、醇和苯的混合溶液,然後在高純氮氣保護下蒸餾,得到稀土金屬醇鹽。

金屬醇鹽法由於醇鹽的制備工藝復雜,成本高,且許多廉價的金屬醇鹽不溶於有機溶劑,所以發展了復合溶膠-凝膠法。以下是壹些例子:

以下是通過溶膠-凝膠法合成LiZnSiO4的實例。按壹定的化學計量比稱取LiCO3和ZnO溶於HNO3中,加入金屬離子等質量的檸檬酸,將Si(OC2H5)4溶於無水乙醇中,使檸檬酸溶液與乙醇溶液的體積比為5∶1,攪拌下將水溶液加入到乙醇溶液中,用氨水調節PH值,混合溶液在80℃回流水解縮聚。然後用70℃緩慢蒸發溶劑,由溶液逐漸形成凝膠為溶膠,然後在65438±020℃幹燥得到幹凝膠,將幹凝膠在壹定溫度下高溫處理壹定時間,得到組成為Li2ZnSO4的超細粉末,最後壓制燒結。

再如溶膠-凝膠法制備超細氧化鐵材料。將Fe3+、Co3+、Ba2+、Zn2+和Cu2+的硝酸鹽溶液按化學計量比混合,攪拌形成均勻的棕色透明溶液,然後將檸檬酸溶液按摩爾比1: 1-1: 3緩慢加入到配制好的溶液中,並適當加熱(70℃-90℃),充分攪拌至溶液呈中性,pH為7-8;將制得的溶液在100-150℃的烘箱中幹燥,形成深棕色幹凝膠;然後在壹定溫度下熱處理幹凝膠。得到鐵氧體細粉。