溶胶凝胶技术

ily_wr

溶胶是半径为纳米级的粒子在另一连续相介质中形成的透明分散体系。凝胶是则一种特殊的分散体系，其中胶体颗粒或高聚物分之相互联结，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了气体或液体。溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method) 通常是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其它化合物固体的方法，是制备材料的湿化学方法中新兴起的一种方法。
早在19世纪中期，J.J．Ebelmen与Graham就对硅凝胶进行了研究，他们发现四乙氧基硅烷（TEOS）在酸性条件下水解后产生一种具有“玻璃形态”的二氧化硅，从这种粘性凝胶中可以制得纤维，甚至透明的薄膜，但是防止凝胶开裂所需要的干燥时间长达一年，这项技术的发展也因而停滞[1]。
19世纪末到20世纪20年代凝胶形成的利塞甘环（Liesegang rings）现象[2]引起了化学家的极大兴趣。特别是对于利塞甘环的形成与凝胶中晶体成长的周期性沉淀现象问题，吸引了Ostwald 和Lord Rayleigh等许多著名的化学家目光。在这期间，有关化学家发表了大量的文献，但其中的物理化学机理并没有得到揭示。
在20世纪五、六十年代Roy和他的同伴[3]发现溶胶-凝胶法可以制得化学上高度均匀的凝胶，随后他们应用该法得到了大量包含Al、Si、Ti、Zr等金属氧化物的新型陶瓷材料，这些材料是传统陶瓷粉末法无法制得的。同一时期Iler等人[4]在硅化学方面进行了探索性研究，促进了杜邦“Ludox”等商业化硅胶的诞生。Stober等人[5]对Iler的理论进行了发展，使用氨水为催化剂实现了对硅胶粉末形态与粒径的控制，制备出“Stober” 硅胶。
同一时期，美国橡树岭国家实验室[6]将溶胶-凝胶技术用于了制备核裂变的材料。使用喷嘴或超声分离装置中喷出溶胶，而后在一定环境中对微溶胶液滴进行凝胶化处理，这一方法可对金属盐和金属醇盐的各种前驱体进行工业化处理，由于反应对象仅仅是水，引入杂质的可能性小，所得微粉可直接制备核燃料UO2、ThO2,并可避免危险粉尘的产生。
这一阶段，人们不仅认识到溶胶-凝胶处理具有获得非常高的化学均匀性和纯度的潜力，并成功的制各了SiO2粉末、波导纤维和光学薄膜等，而且广泛研究了该技术在合成陶瓷氧化物等新材料方面的应用。

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呵呵，我的原创。