第二章无机非金属材料的合成方法方案ppt课件.ppt

《第二章无机非金属材料的合成方法方案ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章无机非金属材料的合成方法方案ppt课件.ppt（172页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第二章无机非金属材料的合成方法,2.1固相法（solid method）,固相反应法利用至少一种以上化合物在一定温度下反应获得另外一种原料的方法,固相固相反应如：制备镁铝尖晶石、莫来石、BaTiO3等；BaO(s)+TiO2(s)=BaTiO3(s)固相液相反应C(s)+Si(liquid)=SiC(s)固相气相反应如：氮化硅的合成；3Si(s)+2N2(gas)=Si3N4(s),热分解（heat decomposition）,以制备MgO为例：其流程为：其中：流程图如下所示：,氮化硅陶瓷的合成(气-固反应）,SP2杂化,2N2+3Si(solid)=Si3N4(solid),氮化硅陶瓷的物

2、理性质,氮化硅陶瓷的应用,固相反应工艺特点,原料粉碎,机械混合,高温反应,机械破碎、磨细,固相反应特点,反应在两相界面进行反应受物质扩散控制反应受反应物质的粒径、比表面积、表面状态、原料的历史、反应体系的气氛、温度等诸多因素影响较大,优点,工艺简单、容易操作、产量高生产成本低、适合工业化大批量生产缺点反应不易完全彻底反应所需温度高成分不容易控制产物需要后机械粉碎处理，容易引入杂质,2.2 气相反应法,反应物质均为气相的合成方法,A,B,产物,高温反应区,普通电加热、激光加热、等离子加热、微波加热等,气相反应特点,根据凝聚状态和反应物质的不同产物的形态差别很大过饱和度对产物的形态影响最大高过饱和

3、度的产物为粉体低过饱和度时：薄膜、晶须、结晶,气相反应过饱和度,aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(s)过饱和度,反应气体,形核,颗粒,薄膜,晶须,结晶,S很大,S很小,器壁或基板,气相反应过程中形核速度的表达式,式中:I为过饱和蒸汽中的形核速度、为气固界面的界面张力、v为1个分子的固体的体积、P为实际气体的蒸汽压、P0为固体的表面平衡蒸汽压、T为绝对温度、k为波尔茨曼常数、I0为比例常数。I受P/P0的影响非常大,当气相反应率为100时，气相中固体颗粒的粒径表达式,式中：D为固体颗粒的粒径、C0(mol/cm3)为气相中金属源的浓度、M为固相的分子量、为固体的密度(g/cm3)、N(1

4、/cm3)为单位体积反应气体中生成固相的颗粒数。,可采用含金属的气体源,金属卤化物金属卤烷(如：CH3SiCl3)金属卤氧化物（MOnClm)有机金属醇盐（M(OR)n)，M(R)n 金属蒸气（易升华的金属,影响气相反应中粉体形成的主要因素,金属源气体的分压反应温度形核速度利用气相反应制造粉体的加热方式电炉加热电弧加热直流等离子加热感应等离子加热微波加热激光加热,利用气相反应制造粉体的特点,通过控制反应条件可以得到粒径比较一致的粉体，粒径分布很窄。粉体粒子之间的团聚很少粉体的纯度容易控制可以制造氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等种类繁多的陶瓷粉体,化学反应发生在蒸汽或基片上与物理法不同CVD W

5、 vs.PVD W,化学气相沉积（CVD制备薄膜,WF6(g)+3H2(g)=W+6HF(g),一种制备薄膜的途径与扩散和氧化不同CVD TEOS vs.Thermal Oxidation,什么是CVD,化合物已气相方式输运different from spin-on,electroplatingCVD Low k vs.spin-on low kCVD Cu vs.electroplated Cu,CVD,CVD热力学,ai:activity of species i.=1 for pure solidsPi:partial pressure of species ipi0:vapor pr

6、essure of species i,only a function of T,CVD过程热力学,G:Gibbs Free Energya:activityz:stoichoimetric coefficient,CVD过程热力学,At equilibrium,the change in Gibbs Free Energy is 0,在CVD反应器中不断有原料输送进来，副产品被抽走，所以体系永远达不到平衡状态。,CVD动力学,1.反应物在边界层中的扩散2.反应物基板上吸附3.基板表面发生化学反应4.吸附物的解附5.副产品扩散出去,CVD的种类,热 CVD使用热能生产高纯薄膜(hot wall

7、,furnace)3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2TiCl4+NH3=TiN+byproduct高的覆盖率WF6+3H2=W+6HF,Metall-Organic CVD(MOCVD)热或等离子加热有机金属前驱体以气相方式输送金属元素(Pt,Al)降低毒性和危害性改变反应性降低杂质,CVD分类,等离子增强 CVD(PECVD)使用辅助等离子体降低沉积温度高沉积速度非平衡薄膜高缺陷含量非化学计量功能可调,CVD分类,高密度等离子气相沉积(HDP)同时气相沉积和溅射bottom up gap fill高品质 低杂质含量高密度高沉积速度价格昂贵,CVD分类,CVD的应用,现场涂层,Wate

8、r Droplets Spread Out On Surface Due To Hydrophilicity,Dirt Particles On Surface Picked Up in Water,Water Droplets Coalesce To Form“Sheet”,Dirt Washed Down In“Sheet”of Water and Off Glass,The coatings photoactivity breaks down organic material reducing adherence of dirt to surface.The coatings hydro

9、philic action then helps to wash off the dirt,自洁净玻璃,Building Glazing Trends,Energy Saving(heating)Energy Saving(cooling)Safety SecurityFire Protection AcousticSelf-cleaning,2.3 液相法湿化学法（Wet Chemistry）,什么是湿化学法？即在相对低的温度（室温）下，利用无机有机溶液化学反应合成无机非金属材料。特点：实现溶液中分子、原子量级的混合产物均匀精确控制化学成分及化学计量包含：沉淀法、溶胶凝胶法、醇盐水解法、喷雾

10、干燥法、冷冻干燥法等。,2.3 液相法 liquid method,2.3.1 化学沉淀法（调整PH,沉淀法：,主要原理是：在液相中采用各种水溶性化合物经混合、反应，根据产物在溶液中的溶度积调整Ph值，生成不溶于水的沉淀物，将沉淀物分离、洗涤、干燥并热分解形成超细粉体。,沉淀法可以分为直接沉淀法、共沉淀法和化合物沉淀法等。,2.3.1 化学沉淀法,原理：各种金属氢氧化物沉淀时的PH值不一样条件：PH值差为3以内,2.3.1 化学沉淀法,1 直接沉淀法 向金属盐溶液中直接加入沉淀剂（如：碱）进行反应得到细小沉淀物的方法。该法容易因为溶液中局部沉淀剂浓度过高，发生不均匀沉淀。,2 共沉淀法 控制搅

11、拌和沉淀剂的添加速度，在溶液中同时沉淀出含两种或两种以上金属离子的均匀性好的沉淀物。,2.3.1 化学沉淀法,3 化合物沉淀法 在溶液中沉淀出含两种或两种以上金属离子的复合金属化合物，通过加热煅烧得到含两种以上金属离子的化合物粉体的方法。,2.3.1 化学沉淀法,优点：晶粒细小，纯度高，化学活性好等。例如：,共沉淀法,获得两种以上金属离子的氢氧化物同时沉淀。如：,钇稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备,2.3.1化合物共沉淀法制备钛酸钡,制备法,2.3.2一般的草酸盐(oxalate)分解制备高纯氧化物,有两种分解途径：,对于A主族，有时 不分解到 而直接溶解放出,2.3.2草酸盐(oxalate)

12、分解,由沉淀法可以合成的物质如下：,氧化物：氢氧化物：不定形：,2.3.3 化合物直接水解反应法生成氢氧化物时伴随放出大量水解热,2.3.3有机醇盐水解法,特点：直接由液相 获得固相，氧化物或固 溶体。,有机醇盐水解法：,金属醇盐水解法是目前 很活跃的纳米或超细粉体研究方法之一，该方法可制得纳米或微细，高纯度粉末。金属醇盐是金属与醇类反应而生成的MOC键的有机金属化合物，可以广义式M（OR）n代表，其中M是金属，R是烷基或丙烯基。代表性反应为：M+nROHM（OR）n+n/2 H2 金属醇盐一般可溶于乙醇。利用金属醇盐M(OR)n（R为烷基）遇水后容易分解的特点，用水水解成醇和构成醇盐的金属元

13、素氧化物、氢氧化物和化合物的沉淀。将分解得到的胶体沉淀在低温下干燥，在一定温度下煅烧处理可得到化学组分及形貌均匀的氧化物粉体。金属醇盐具有挥发性，容易精制，水解时不需添加其它阳离子或阴离子便可得高纯度的化合物。该方法被认为是制造单一或复合氧化物高纯超细粉末的重要方法。许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。醇盐遇水分解的通式：,M(OR)n+n(H2O)M(OH)n+nROH,2.3.3有机醇盐水解法,例1：SrTiO3的制备,2.3.3有机醇盐水解法,例2：Al2O3粉的制造工艺,氧化铝的工业制备,2.3.4 喷雾干燥法,原理

14、：利用液体热风喷雾后，脱水；或利用喷嘴喷出细小液滴，干燥工艺过程：制备浆料：原料、水、粘结剂、脱胶剂、润滑剂；球磨：制浆：喷雾：,2.3.5 溶液燃烧法（liquid combustion method）,例如：金属的硝酸盐溶解在酒精中，喷射燃烧，制备超细陶瓷颗粒；利用各种有机金属化合物，在空气下燃烧来制备微粉，工艺简单，成本低，易控制。Ba与Ti的醇盐溶液混合后燃烧得到BaTiO3超微粒100nm,2.3.6 自蔓延燃烧（SHS）,例如：制备硼化钛和碳化钛,2.3.7 冷冻干燥法,水溶液与水的蒸汽压相等，室温 冷冻冰与盐的混合 减压低于不变点T2 缓慢升温到4，冰盐中冰升华，剩下盐，0.10

15、.5m,易烧结,2.3.8水热反应法,水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发。水热条件下粉体的制备有：水热结晶法 比如 Al(OH)3 Al203H2O水热合成法 比如 FeTiO3+K0H K2O.nTiO2水热分解法 比如 ZrSiO4+NaOH ZrO2+Na2SiO3水热脱水法水热氧化法 典型反应式：mM十nH2O MmOn+H2 其中M可为铬、铁及合金等水热还原法 比如 MexOy+yH2 xMe+yH2O 其中Me可为铜、银等水热沉

16、淀法 例如 KF+MnCl2 KMnF2,水热反应法设备,2.3.9球磨反应法,一定粒度的反应粉末(或气体)以一定的配比置于球磨机中高能球磨，同时保持研磨体与粉末的重量比和研磨体球径比并通入气体保护。反应性球磨法克服了气相冷凝法制粉效率低、产量小而成本高的局限，可应用于各类金属化合物粉体的制备，而且在球磨过程中可以进行氧化合还原反应。,滚动球磨,搅拌球磨,振动球磨,2.3.10溶胶凝胶法（Sol-Gel）：,溶液 溶胶 凝胶 固化(等工艺)金属氧化物（亚微米级）溶胶:1nm-0.1m 的分散相定义:真溶液:分散相为分子或离子状态 凝胶:介于固相与液相间的形态连续相为介质,不连续相为分散相连续相

17、/分散相:气/液,气/固,(气溶胶);液/气,液/液,液/固(溶胶),固/气(泡沫塑料),固/液(凝胶),固/固,2.3.10胶体化学初步,胶体系统,颗粒尺寸范围10 A-5000 A1 A=10 cm=10 m小尺寸颗粒对应大的界面积。因此胶体系统的界面性质非常重要,o,o,o,-8,-10,2.3.10胶体化学初步,定义,Sol一般讲是指固体颗粒分散在液体中,但是也有分散于固相和气相介质的情形。hydrosol 在水中的分散alcosol 在醇类中的分散aerosol 在气相中的分散,2.3.10胶体化学初步,定义,Gel胶体处在特定的浓度和温度条件下,形成固态或半固态凝胶的硬度来源于分散

18、体被介质的网状结构固定或者束缚,2.3.10胶体化学初步,定义,疏液胶体(Lyophobic Colloid)疏水胶体(hydrophobic colloids)亲液胶体(Lyophilic Colloids)亲水胶体(hydrophilic colloids)缔合胶体(Association Colloids),2.3.10胶体化学初步,定义,疏液胶体Lyophobic Colloid热力学不稳定体系分散与介质间的相互作用较小粘结力很小,粘度小,2.3.10胶体化学初步,定义,亲水胶体Lyophilic Colloids热力学稳定分散体与介质间存在很强和宽范围的相互作用,2.3.10胶体化学

19、初步,定义,缔合胶体Association Colloids分散体中存在两性分子或离子的团聚(微胶团或胶囊)的体系热力学是稳定的在低浓度时上述团聚存在于真溶液中在高浓度时显示为微胶团或胶囊，或胶态离子,2.3.10胶体化学初步,胶体系统的分类,分类,亲水(Hydrophilic),疏水(Hydrophobic),缔合,分散相,单分散大分子,大量离子聚集,表面活性分子的聚合(micelle),与分散介质的相互作用,强,弱,强,形式,自发可逆,特殊技术,特定条件下自发可逆,2.3.10胶体化学初步,胶体系统的分类,分类,亲水,疏水,缔合,稳定机理,水合静电排斥,静电排斥,水合/疏水 相互作用,粘度

20、,戏剧性的增加,不变,不变;在高浓度时增加,举例,甲基纤维素的白明胶,碘化银金溶胶,Tween 80Bile Salts,2.3.10胶体化学初步,光学Tyndall Effect光被溶胶中的分散相吸收,散射,极化 或 反射,溶胶性质,beam of light,solution,beam of light,colloid,2.3.10胶体化学初步,胶体性质,布朗运动(Brownian Movement)胶体颗粒尺寸足够小，而运动受到介质分子碰撞的影响可以观察到胶体颗粒无规的随机运动特征,2.3.10胶体化学初步,胶体性质,布朗运动产生的相对现象稳定胶体中的颗粒由于重力受到布朗运动抵消而不会发

21、生沉淀溶胶颗粒可以由高浓度区域向低浓度区扩散胶体颗粒满足依数性,2.3.10胶体化学初步,胶体扩散,费克第一定律Ficks Law,2.3.10胶体化学初步,作业,下列现象对胶体扩散速度产生什么影响增加颗粒尺寸升高温度增加介质的粘度,2.3.10胶体化学初步,渗透压,范特霍夫公式,2.3.10胶体化学初步,多分散性溶质体系,2.3.10胶体化学初步,其他性质,电学性质动力学性质,2.3.10胶体化学初步,两性分子,极性区,非极性区,2.3.10胶体化学初步,胶态离子两性分子聚集临界胶团浓度Critical Micelle Concentration(cmc)形成胶团的起始浓度,两性分子的胶态离

22、子形成,2.3.10胶体化学初步,两性分子溶液,临界胶态离子浓度以下表面活性剂,2.3.10胶体化学初步,两性分子溶液,表面活性剂浓度处于临界胶态离子浓度以下,2.3.10胶体化学初步,两性分子溶液,表面活性剂浓度处于临界胶态离子浓度以下,2.3.10胶体化学初步,胶体缔合,高于临界胶态离子浓度,2.3.10胶体化学初步,胶体缔合的性质,特性强度,表面活性剂浓度,表面张力,胶态离子临界浓度,2.3.10胶体化学初步,胶团颗粒相互引力,Pair interactions are additive,V=范德华引力能,A,2.3.10胶体化学初步,静电斥力,静电排斥,2.3.10胶体化学初步,胶团颗

23、粒表面变化的起因,可电离的功能团晶格扩展,2.3.10胶体化学初步,表面电荷的起源,可电离的功能团晶格外延,2.3.10胶体化学初步,晶体生长早期(形核),NaI+AgNO AgI+Na+NO,excess,3,+,3,-,I,-,Ag,+,I,-,Ag,+,2.3.10胶体化学初步,晶体生长,NaI+AgNO AgI+Na+NO,excess,3,+,3,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,2.3.10胶体化学初步,晶格外延,NaI+AgNO AgI+Na+NO,excess,3,

24、+,3,-,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,2.3.10胶体化学初步,晶体生长,NaI+AgNO AgI+Na+NO,excess,3,+,3,-,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,2.3.10胶体化学初步,晶体生长,NaI+AgNO AgI+Na+NO,excess,3,+,3,-,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-

25、,I,-,Ag,+,I,-,I,-,I,-,Ag,Ag,+,+,Ag,+,I,-,I,-,Ag,+,带负电的颗粒,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,离开颗粒表面的距离,表面是被动带电的 溶液中的阳离子被称为抗衡离子或补偿离子 溶液中的阴离子被称为相似离子,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,离开表面的距离,液体内部:电中性-抗衡离子与相似离子浓度相等,I,-,I,-,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,离开颗粒表面的距离,I,-,I,-,液体内部:抗衡离子与相似离子浓度相等,距离颗粒表面存在过剩抗衡离子浓度的扩散区,Double Layer,2.3.10胶体化学初步,双电层,晶体

26、扩展表面的吸附离子 扩散层中存在用以中和表面电荷的过剩 抗衡离子什么是表面带电?什么是扩散层中的净电荷?,2.3.10胶体化学初步,扩散层和表面电荷,什么是表面电荷什么是扩散层中的净电荷?双电层电中性.,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,表面距离,液体内部:抗衡子与相似子浓度相等,扩散双电层,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,Stern 层,Gouy-Chapman 层,颗粒表面距离,液体内部:抗衡子与相似子浓度相等,扩散层,2.3.10胶体化学初步,扩散双电层,Stern 层颗粒表面的紧邻密实层几乎是带相反电荷的抗衡离子大部分表面电荷被中和Gouy-Chapman 层离子扩散区抗

27、衡离子与相似离子,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,Stern层,Gouy-Chapman 层,表面距离,溶液本体中存在相等浓度的相似离子和抗衡离子,扩散双电层,结合水,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,表面距离,Diffuse Double Layer,表面电势是外来的离子接近颗粒表面所需吸收(相似离子)或放出(抗衡离子)的能量.,2.3.10胶体化学初步,双电层理论,+,+,+,+,+,+,胶体颗粒,表面电荷,水分散介质(电中性),存在过剩的抗衡离子的扩散区,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,2.3.10胶体化学初步

28、,在电场中带电颗粒如何运动呢?,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,Voltage Source,2.3.10胶体化学初步,电泳,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,电源,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,表面距离,溶液本体中存在相等浓度的相似离子和抗衡离子,Diffuse Double Layer,Shear Plane,2.3.10胶体化学初步,I,颗粒表面,表面距离,束

29、缚水,o,=0,z=Zeta 电位,Zeta 电位是剪切面的电位.,2.3.10胶体化学初步,静电斥力,静电斥力,2.3.10胶体化学初步,静电斥力,2.3.10胶体化学初步,扩散双电层的互贯穿,2.3.10胶体化学初步,团聚,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,引力大于斥力.,2.3.10胶体化学初步,胶体稳定性与扩散双电层,一般说,扩散双电层越厚斥力越大胶体越稳定什么是扩散双电层的尺寸?影响扩散双电层的尺寸的因素是什么?,2.3.10胶体化学初步,I,x=离开颗粒表面的距离,o,=0,(x)=e,o,-x,什么是双电层尺寸?,2.

30、3.10胶体化学初步,扩散双电层厚度,定义：1/K=扩散双电层厚度.当 x=1/K,表面电势降至初始值的37%.,(x)=e,o,-x,2.3.10胶体化学初步,扩散双电层的厚度,1,K,=,kT,8 No z2 e2,z=离子化合价e=一个电子带的电荷,=介质的介电常数,1/K=“双电层厚度,N=电解质浓度,o,1/2,2.3.10胶体化学初步,聚集,布朗运动的动能 与克服弱静电斥力的引力,2.3.10胶体化学初步,影响 因素,增加电解质浓度增加离子化合价降低介电常数升高温度,2.3.10胶体化学初步,1,K,=,kT,8 No z2 e2,1/2,电解质浓度的影响,%W/V NaCl,1/

31、K(A),0.0001,800,0.01,80,1.0,8,增加电解质浓度引起 1/K 减小导致团聚,2.3.10胶体化学初步,多价抗衡离子比单价抗衡离子对于双电层的影响更大,电解质化合价,2.3.10胶体化学初步,双电层理论,+,+,+,+,+,+,多价抗衡离子的添加导致双电层的被挤压,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,-2,2.3.10胶体化学初步,作业：下列因素会对胶体稳定性带来什么影响？,升高电解质浓度升高化合价降低介电常数升高温度,2.3.10胶体化学初步,溶胶的形成途径,溶胶制备举例：Fe(OH)3溶胶、松香溶胶、金溶胶,各种获得途径 Sol(溶液)

32、Gel(水溶胶l).后续工艺取决于我们希望获得什么材料干溶胶Xerogel 气溶胶AerogelCryogel,我们可以利用溶胶凝胶作什么,材料形态:胶状颗粒或光学晶体块体材料功能涂层纤维或复合材料材料:SiO2(glass)TiO2ZrO2Al2O3,工艺,一般典型的三种反应 水解反应脱醇缩合反应脱水缩合反应水解与缩合反应的影响因素:pH温度与反应时间反应物浓度催化剂种类与浓度H2O/Si 摩尔比(R)陈化温度与时间烘干.,工艺,干凝胶,工艺,(SiO2 合成化学),不一定要金属醇盐 Si),水解,再酯化,水解,脱水,脱醇,醇化,硅酸酯(HO)3SiOR在碱性介质中发生聚合反应,在酸性介质中

33、发生聚合反应,同时还会发生水解反应,硅酸酯(HO)3SiOR 在碱性或酸性介质中发生的反应,如：OH或H3O对OR的亲核取代反应、水解反应；以Si原子为中心周围有15种可能的化学环境，即：Si(OR)x(OH)y(OSi)z x+y+z=4,酸催化,碱催化,无机盐溶液的溶胶反应,该反应与溶液的pH值有紧密关系 控制团聚,无机盐：调节PH值,有机醇盐，控制醇盐与水的反应,制备钇钡铜氧超导薄膜材料（1制备各类三甲基乙酸盐前驱体,原料：,制备方法,0.01摩尔 Y(NO3)3+0.03摩尔Cu(NO3)2+50ml H2O 搅拌10 min 形成溶液 0.05摩尔NH4OH+3ml H2O+0.04

34、4摩尔C4H9COOH(40 C)形成浆液 溶液(1)+(2)混合后搅拌 30 min 沉淀 Y(C4H9COO)3,Cu(C4H9COO)2 过滤烘干后获得Y(C4H9COO)3 和 Cu(C4H9COO)2 混合前驱体粉体,（2制备丙酸盐前驱体,原料：,利用丙酸盐前驱体制备超导材料,将0.02摩尔Ba(OH)2+40 ml CH3CH2COOH搅拌 30 min 获得含Ba的清溶液丙酸中添加 0.01 摩尔 Y(C4H9COO)3,0.03摩尔 Cu(C4H9COO)2 搅拌10分钟获得绿色液体和少许沉淀 添加 30 ml 戊胺得到兰紫色溶液1015%二甲苯溶液稀释搅拌 120 分钟后加.

35、最终得到 YB2Cu3O 溶液.,工艺(3),Sol-gel 分三步聚合:1.单体聚合为颗粒2.颗粒生长3.颗粒连接成链,液相中链连接成网,浓结成凝胶.,提拉法制备薄膜材料,h=coating thickness=viscosityLV=liquid-vapour surface tension=densityg=gravityV=speed,有机眼镜片上加耐磨涂层,应用,光学保护或多孔膜光学涂层绝热材料介电或电子材料涂层高温超导涂层增强纤维纤维催化剂绝热和超级电容器 碳电极(CO2 supercritically dried materials)有机包敷抗反射涂层(ITO),气溶胶Aerog

36、el,99.8%空气比玻璃纤维高 39 倍的绝热效果,气溶胶,3mm 厚的宇航服可以抵御零下50 的严寒地球上最轻的衣服宇航服中的小颗粒可以飘在空中,胶体的应用,2.4胶体颗粒的悬浮与沉降,假设：、颗粒在介质中处于层流状态，运动速度v很小；、颗粒为刚性球；、忽略颗粒间的相互作用；、液体为连续介质；、颗粒平均半径r在0.1100m之间。可得到颗粒的沉降速度为：或 其中，密度为，介质密度为0，v为速度，为介质粘度系数,2.5胶体的光学性质,散射效应（Tyndall效应，光路的侧面观察到颗粒）Reyleigh公式：,c为单位体积中胶体颗粒数，v为颗粒体积，n为折射率，I0为入射光强度，为光波长,胶体

37、的光学性质,散射定律：、散射强度与4成反比，越小，散射光强度越大。（蓝光散射能力大于红光）、散射强度与折射率之差（nn2n1）有关，n越大，散射光强越大；、散射强度与粒子体积的平方和浓度成正比。,胶体的光学性质,散射定律：、散射强度与4成反比，越小，散射光强度越大。（蓝光散射能力大于红光）、散射强度与折射率之差（nn2n1）有关，n越大，散射光强越大；、散射强度与粒子体积的平方和浓度成正比。,2.5胶体的电学性质,几个现象：电泳：在外电场作用下，胶体粒子相对于静止介质做定向移动的现象。电渗：在外电场作用下，介质相对于静止的带电固体表面做定向移动的现象。流动电势：在外力作用下，液体流过毛细管或多

38、孔塞时，两端产生的电位差叫做流动电势。沉降电势：在外力（重力）作用下，带电胶粒做相对于介质的运动时，两端产生的电势差称为沉降电势。,出现上述现象的原因：,、胶体粒子在介质中弱酸弱碱条件下产生电离；如：SiO2、离子的溶解；如：AgI胶体颗粒表面的Ag容易溶于溶液中表面富集I、胶体颗粒对溶液中电荷的吸附；如：AgI胶体的制备、产生表面晶格取代；如：粘土胶粒,粉体粒径的定义：对于非球形颗粒的几个特定参数：（l：颗粒长轴长度，w：颗粒短轴长度，h：颗粒高度）,2.6粉体粒径分布表征,粉体粒径表达式,平均粒径：假设体系中对应粒径为di的颗粒个数为ni,几何平均,调和平均,面积平均,体积平均,代数平均,

39、比表面粒径：单位体积固体的表面积或者单位重量固体的表面积称为比表面积，定义比表面粒径,N：单位重量粒子数（个/g）,：粒子密度,假设粒子为球形，若不是球形，择需加上一个形状系数,比表面,粒径的测定显微镜法筛分法电导法（Coultercount method）光散射法沉降法,粒子在液体中发生沉降，受到重力、浮力和阻力的作用，当达到匀速下降时速度为：,（Stokes equation）,，,分别为粒子和液体的密度；,为液体粘度；,若已知粉体和液体的密度(g/cm3),液体的粘度（pas,NS/m2）即可建立d与t的关系df(t),当粒子从h高度下降时所花时间为,d为粒径,W1,W1,表示在A粒子全

40、部降下期间B粒子所下降的量。,对于连续分散系，曲线上的每一个点代表在这一时刻大于某种粒径的粒子已经沉降完毕,即为dd1d2的粒子所占百分含量,沉降法的缺陷：对于粒径小于1m的粒子，沉降时间t，无测定意义。离心沉降法：利用离心旋转增大了沉降速度，缩短了测定时间，减少由布朗运动所造成的误差。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,