溶胶凝胶法制备材料

溶胶-凝胶法制备材料

摘 要：溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料，其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史，原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词：溶胶-凝胶法；纳米材料；陶瓷薄膜材料；掺杂；锂电池；包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程：1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年

B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。

分类：溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型： (1)传统胶体型：通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型：通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型：通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶，凝胶过程成络合物凝胶。

制备方法及原理：溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法，溶胶-凝胶体的制备有3种途径：（1）溶胶溶液的凝胶化；

（2）醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合，继之超临界干燥凝胶；（3）醇盐前驱体的水解聚合。

溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需材料。其基本反应式为： ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解：

;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--）（缩聚：

;4)(224HOR MO O H OR M +→+总反应式：

;为有机基团，如甲烷为金属，上式中R M

溶胶-凝胶法的过程包括了以下四个主要步骤：（1）起始原料（如金属盐）通过化学反应转变为可分散的氧化物；（2）可分散的氧化物在稀酸或水中形成溶胶；

（3）溶胶脱水成球、纤维、碎片、或涂层状的干胶；（4）干胶受热生成氧化物超细微粉末。其中最重要的是溶胶和凝胶的生成。

以溶胶-凝胶法制备薄膜材料为例，其原理是：将金属醇盐或无机盐水解形成溶胶，溶胶被涂覆在衬底上，然后使溶胶聚合凝胶化，再将凝胶干燥，焙烧去除有机成分最后得到无机材料。而溶胶-凝胶法也被用于金属氧化物纳米粒子的制备：用金属醇盐或无机盐为前驱物，前驱物在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米材料热处理后制得所需纳米粒子。 在实验过程中应该特别注意的是，在实验过程中反应物在液相下均匀混合，均匀反应，形成稳定的溶胶，反应过程中不能有沉淀产生，否则，实验失败。

优缺点分析：其优点在于（1）化学均匀性好：由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此就可以在很短时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀的混合。

（2）该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分：不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，经胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中。不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好。即由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量的掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。（3）颗粒细，高纯度。（4）与固体反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶-凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固体反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低。（5）选择适合的材料可以制备各种新型材料。

但这种制备方法也存在缺陷，（1）烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好，干燥时收缩大。（2）且目前所使用的原料价格较贵，而有些原料为有机物，对健康有害，（3）通常整个溶胶-凝胶的过程所需时间较长，常需要几天或几周。 实际应用：金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用，更广泛用于制备纳米粒子。且溶胶-凝胶法

制各的纳米粉末和块体陶瓷材料，在结构和性能上都具有非常显著的优点，为能源、化工、冶金、医学等领域的应用提供理论研究的依据。

接下来，是几类具体材料的溶胶-凝胶制备过程：

1.溶胶-凝胶法制备纳米材料

二氧化钛（钛白粉）：随着人们生活水平的提高, 环境材料越来越受到人们的重视, 其中二氧化钛(TiO2)具有的杀菌、自清洁等作用日益受到人们的青睐。二氧化钛光催化剂具有氧化活性高、催化能力强、活性稳定、抗湿性好和强力杀菌等优异性能, 在废水降解、消除有害无机气体、杀菌和净化空气等方面得到了广阔的应用，故现在来论述一下如何用溶胶-凝胶法来制备二氧化钛。

制备原理和工艺：以钛酸丁酯为主要原料

图1 溶胶–凝胶法制备TiO2纳米薄膜主要工艺流程

钛酸丁酯的水解反应和缩聚反应：

Ti(OR)4 + 4H2O → Ti(OH)4 + 4ROH

Ti(OH)4 + Ti(OR)4→ 2TiO2 + 4ROH

2Ti(OH)4→ 2TiO2 + 4H2O

先将钛醇盐溶解在溶剂中,通过搅拌和添加冰醋酸或乙酰丙酮作为抑制剂,使之与钛酸丁酯反应形成螯合物, 得到颗粒细小且均匀的胶体溶液。在溶胶中加入去离子水,使胶体粒子形成一种开放的骨架结构,溶胶逐渐失去流动性,形成凝胶。对凝胶进行真空干燥,通过加热去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂,得到黄色晶体。将晶体研磨后放入箱型电阻炉中, 除去凝胶中的有机成分,得到白色的纳米TiO2粉末。

在溶胶-凝胶法制备二氧化钛过程中，影响溶胶-凝胶法制备的因素有溶液的PH 值、溶液的浓度、反应温度、反应时间，对于前驱物为醇盐的还要考虑催化剂选择、醇盐种类、溶剂的种类、水与醇盐的摩尔比等。

通过文献查阅得到，确定制备二氧化钛溶胶采用滴加的方式加入水来控制反应程度，采用冰醋酸为抑制剂，PH值为2-5；反应温度为20-40℃。得到的溶胶透明度及均匀性好，凝胶比较稳定均匀，并且凝胶时间较易控制。当冰醋酸的量减少时溶胶就会变得浑浊。这是由于作为抑制剂的冰醋酸能够有效抑制钛酸四丁酯的剧烈水解, 当其用量减少时钛酸四丁酯水解过快而形成较大颗粒, 导致溶胶浑浊。

乙酰丙酮的加入能够大大延长溶胶的稳定时间, 但随后制备的薄膜则不透明, 且表面分布有较大颗粒。

2.溶胶-凝胶法制备锂离子电极材料

锂离子电池由于它具有电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、安全性能好、无污染等特点，深受社会和用户的欢迎。在过渡金属元素中，钒的价格较钴、锰等低，为多价态，可形成多种氧化物。由于钒有三种稳定的氧化态，形成氧密堆分布，因此钒的氧化物为锂二次电池嵌入电极材料中很有潜力的候选者，具有良好的应用前景。且在本门课程的学习中，老师也向我们展示了溶胶-凝胶法制备五氧化二钒的过程，让我对溶胶-凝胶法制备材料有了更直观的认识和了解。

（1）负极材料的制备:

MnV206：制备过程：称取lgV2O6 (分析纯)溶解在60ml的蒸馏水里，依次加入l0ml 浓度为30％的H202、柠檬酸(分析纯)和一定量的Mn(CH3COO)2·4H2O(分析纯)，搅拌并混合均匀，形成均一稳定的溶胶后，放入烘箱烘干，将所得的固体粉末充分研磨，最后放人马弗炉中分两次煅烧数小时，冷却后研磨得到产品。

图2 溶胶-凝胶法合成MnV2O6

以柠檬酸为螯合剂，五氧化二钒和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料，采用溶胶-凝胶法合成了锂离子电池负极材料MnV2O6，煅烧温度低，时间短。查阅相关文献可知。

通过XRD及SEM表征，这种溶胶-凝胶法所制备得到的MnV2O6颗粒结晶度高，纯相，微观形貌规整晶粒较均匀，平均晶粒约为1.5微米。

（2）正极材料的制备:

用溶胶-凝胶法制备锂离子蓄电池正极材料的研究工作已经取得了不少的研究成果，但离工业化生产尚有相当的距离，还有大量的工作要做，主要体现在：掌握溶胶-凝胶工艺规律基础上，进一步发挥溶胶-凝胶技术的优势，对电极材料的结构进行多层次的裁剪，以取得材料化学性能的突破；对材料进行表面改性，改善颗粒的分散性，提高颗粒的表面活性；研发新的廉价整合剂和溶胶凝胶体系，降低生产成本，使之具有良好的可操作性，早日实现溶胶-凝胶法制备锂离子蓄电池正极材料的工业化。

1）LiV3O8：层状结构的Li1+x V3O8具有锂的嵌入量大（x可达4-5）放电容量高，可逆性较好，寿命长，制备方法简单等优点。但它也存在明显缺点，其缺点在于锂离子嵌入和脱出的过程中存在多个相变，电压平台不明显，导电率低，氧化能力强及容易导致有机电解液分解等。但它还是一种极具开发潜力的正极材料，而如何进一步改善其稳定性和循环可逆性，变的至关重要。采用何种合成方法对材料的性能有显著影响：Li1+x V3O8锂离子电池正极材料常用的制备方法主要有固相法，水热法，共沉淀法，溶胶-凝胶法和液相法等。材料制备方法：选取氢氧化锂和五氧化二钒作为原料，可以采用草酸、柠檬酸、酒石酸和双氧水为配体，控制合成条件可以制备LiV3O8。查阅相关文献的实验结果表明，溶胶-凝胶法可制得晶形较好的LiV3O8，当以酒石酸为配体，金属粒子总量与酒石酸的物质的量比为

1:1.5，煅烧温度为450℃时，制得LiV3O8的首次放电比容可达282mAh/g。

2）Li2FeSiO4：具有安全性高、环境友好、价格低廉、资源丰富等优点，被认为是极具有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。然而，由于Li2FeSiO4材料具有较低的电子电导率和锂离子扩散速率，这大大限制了此类材料的应用。采用溶胶-凝胶法，以柠檬酸、蔗糖、草酸、聚乙二醇为碳源合成了一系列Li2FeSiO4/C复合材料。其中最佳碳源为柠檬酸，以柠檬酸为碳源时，随着碳含量的增加，材料的颗粒逐渐减小，振实密度不断下降，材料的电导率逐渐增大。

3.溶胶-凝胶法制备陶瓷膜层以及包覆材料

（1）陶瓷膜层：溶胶-凝胶法中醇盐水解法是最常用的制备陶瓷膜层的方法，醇盐在水解过程中，生成无机水合金属氧化物或者能在金属上引入-OH基，在溶液中形成透明溶胶液，经过陈化之后，溶胶在一定条件下聚合成以氧化物为前驱体的凝胶网络，干燥热处理后形成氧化物孔隙材料”。凝胶形成过程中，水与醇添加量、稳定剂及催化剂、陈化温度、干燥及热处理工艺等条件都能对制膜液形成较大影响，从而影响陶瓷膜材料。

（2）包覆材料：利用溶胶-凝胶法制备了Al2O3-SiO2溶胶，并将溶胶包覆金刚石，利用扫描电镜、热分析、红外光谱、冲击韧性测试等手段对包覆Al2O3-SiO2：溶胶的金刚石性能进行表征。结果表明：金刚石表面包覆了一层致密的Al2O3-SiO2涂层及溶胶后，抗氧化性能、热性能以及机械性能均有明显提高。

制备过程：以异丙醇铝和硝酸铝为铝源，正硅酸乙酯为硅源，利用溶胶-凝胶法制备Al2O3-SiO2溶胶。溶胶制备完成后，采用浸渍法将实验使用的金刚石颗粒浸泡于适量溶胶中并搅拌10min，把多余的溶胶吸出后，将金刚石颗粒放入恒温箱，在80℃温度下烘干10小时，最后利用马弗炉在空气中加热至650~C热处理：

工艺流程图如图三

溶胶-凝胶法制备的Al2O3-SiO2溶胶经过涂覆工艺可以包覆于单晶金刚石表面，通过分析形貌发现，金刚石表面形成致密的包覆层，有利于提高金刚石与结合剂的粘结强度。

4.溶胶-凝胶法制备材料的掺杂

在一种材料(基质)中，掺入少量其他元素或化合物，以使材料（基质）产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂。而用溶胶-凝胶法制备的材料也可以进行掺杂而改变其性能。

（1）溶胶-凝胶法制备Nd3+掺杂纳米Ni—Zn铁氧体的结构和性能：

采用凝胶溶胶法制备Ni0.6Zn0.4Fe2-x Nd x O4(x=0.01,0.02,0.03)纳米晶，以柠檬酸作为络合剂并将前驱体在1073K煅烧2h。制备过程：采用凝胶溶胶法制备Nd3+掺杂Ni0.6Zn0.4Fe2-x Nd x O4纳米晶．将分析纯硝酸镍，硝酸铁，硝酸锌和硝酸钕按一定比例称重并溶解在一定量的柠檬酸溶液中。室温下搅拌2h使其充分络合后，向溶液中加入适量的氨水调节溶液的pH值约为6．胶体放入水浴锅中加热到343 K持续8 h

得到凝胶．凝胶首先在393 K下干燥12 h获得干胶，将干胶前驱体在马弗炉中煅烧1073K保持2 h，升温速度为5℃／rain。

溶胶-凝胶法制备的Nd3+掺杂Ni0.6Zn0.4Fe2-x Nd x O4纳米颗粒粒径均匀、形状规则，随着Nd3+掺杂量的提高纳米晶平均晶粒尺寸降低，而纳米晶的晶格常数变大。当Nd3+掺杂量为0．01时样品具有最高的饱和磁化强度，且较未掺杂的样品的饱和磁化强度高出约10％，同时随着Nd3+掺杂量的提高样品的矫顽力单调下降。（2）氧化钐掺杂氧化铈纳米粉体的制备：

氧化钐掺杂氧化铈工作温度较低且具有更高的离子导电率，可以成功取代传统电解质稳定的氧化锆YSZ。合成氧化铈或者掺杂氧化铈的方法很多，包括固相合成法、气相法、沉淀法、水热法、电化学发、微乳液法、溶胶-凝胶法的制备技术方法，现在主要讲一下溶胶-凝胶法的制备过程：将一定量的Ce(NO3)3·6H2O和Sm2O3溶解在去离子水和稀硝酸中，形成0．3mol/L的溶液。依次加入少量的聚乙二醇和1.5倍的金属阳离子物质量的柠檬酸，以适量的氨水使溶液PH=7， 85℃磁力搅拌4-5h，蒸发、干燥后得到干凝胶。 600℃下煅烧2h，扶得SDC纳米粉末，经冷等静压成型后，于1250℃下烧结2h得到SDC块体材料。

采用溶胶-凝胶法制备的SDC纳米粉末，在600℃下煅烧可以获得平均晶粒尺寸在10-15nm之间，颗粒均匀分布，无团聚现象，稳定立方结构的纳米粉末，随掺杂比例增加，纳米粉末的晶格常数增加，平均晶粒尺寸减小。

总结：溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法材料制备技术开始于1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。而自从Dislich和Roy的工作报道以后, 溶胶-凝胶工艺开始复兴。近20年来, 溶胶-凝胶科学技术有了显著进展。文献资料每年以惊人的数量增加。溶胶一凝胶方法中所使用的元素已有40多种. 近十几年来, 溶胶-凝胶科学技术进展较快, 使一些公司必须考虑该法的经济效益和工艺技术的生命力。人们之所以对溶胶一凝胶工艺感兴趣, 其主要原因是, (1) 生产出的产品比现有的质量更好, 价格更便宜; (2 )能够制造出性能独特的新产品因此。未来溶胶一凝胶研究和发展的方向, 将由产品价格、质量和新产品所决定，深入了解工艺的优点问题是预测未来发展的基础。现在，溶胶-凝胶法应用范围已经很广泛了，其具体的应用邻域也有（1）材料学：高性能粒子探测器，隔热材料，声阻抗耦合材料，电介质材料，有机-无机杂化材料，金属陶瓷涂层耐蚀材料，纳米级氧化物薄膜材料，橡胶工业；（2）催化剂方面：金属氧化物催化剂，包容均相催化剂；（3）色谱分析：制备色谱填料，制备开管柱和电色谱固定相，电分析，光分析等。最后，希望溶胶-凝胶法制备技术能够不断发展，不断突破，不断创新，使其能够能加工业化，规模化，便利我们的生活。

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溶胶凝胶法制备纳米材料

利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学院:材料学院班号：1109102 学号：1110910209 姓名：袁皓 摘要：本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法，主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法，在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征，重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型，基本原理以及简略的操作流程。 关键词：纳米材料溶胶凝胶基本原理 一溶胶凝胶法的基本原理 溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法，它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或是醇解反应，反应生成物在液相下均匀混合，均匀反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶，在凝胶中通常含有大量的液相物质，需要利用萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。 表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征 1.1 溶剂化 能电离的前驱物－金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数)，为保持它的配位数而具有强烈的释放H＋的趋势。 (M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H＋ 1.2 水解反应 非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价，R 代表烷基)，与水反应，反应可延续进行，直至生成M(OH)n。 M(OR)n＋xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH 1.3 缩聚反应 可分为失水缩聚：-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O 失醇缩聚：-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH

纳米材料的主要制备方法

本科毕业论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 2008级 姓名贾学伟 设计题目纳米材料的主要制备方法 指导教师闫海龙职称副教授 2012年4月28日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 1.1纳米材料的定义 (1) 1.2纳米材料的研究意义 (2) 2 纳米材料的主要制备方法 (3) 2.1化学气相沉积法 (3) 2.2溶胶－凝胶法 (5) 2.3分子束外延法 (6) 2.4脉冲激光沉积法 (8) 2.5静电纺丝法 (9) 2.6磁控溅射法 (11) 2.7水热法 (12)

2.8其他制备纳米材料的方法 (13) 3 总结 (14) 参考文献 (14) 致谢 (15)

纳米材料的主要制备方法 学生姓名：贾学伟学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教授摘要：纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,其中包括化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等。在此基础上,分析了现代纳米材料制备方法的发展趋势。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展有重要作用。 关键词：纳米；纳米材料；纳米科技；制备方法 The preparation method of nanomaterials Abstract：Nanomaterials are attracting intense in recent years. With the development of nanotechnology, nanomaterials preparation method has been more and more mature. The preparation methods sush as, chemical vapor deposition method, molecular beam epitaxy, laser pulse precipitation, sintering, hydrothermal method, sol-gel method are introduced in this paper. New development trend of preparation methods are analysed. N anomaterials will promote the development of IT, medicine, environment, automation technology and energy science, and will have a great influenced on productive in the 21st century. Key words：nanometer；na nomaterials；nanotechnology；preparation 1 引言 1.1纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切，当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值[2]。

实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验

实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验 一、实验目的 1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 2、了解TiO 2 纳米粒子光催化机理。 二、实验原理 溶胶－凝胶法(Sol-Gel法)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。 溶胶凝胶法制备TiO 2 纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分步水解方程式为： Ti(OR)n+H 2O Ti(OH)(OR) n-1 +ROH Ti(OH)(OR)n-1+H 2O Ti(OH) 2 (OR) n-2 +ROH …… 反应持续进行,直到生成Ti(OH)n. 缩聚反应： —Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H 2 O —Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH 最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度，当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。 三、原料及设备仪器 1、原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、蒸馏水 2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉 四、实验步骤 以钛酸正丁酯[Ti(OC 4H 9 ) 4 ]为前驱物，无水乙醇(C 2 H 5 OH)为溶剂，冰醋酸(CH 3 COOH)为螯合剂， 从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。 1、室温下量取10 mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35 mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10 min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。 2、将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液B，滴入2-3滴盐酸，调节pH值使pH=3。 3、室温水浴下，在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中。 4、滴加完毕后得浅黄色溶液，40℃水浴搅拌加热，约1 h后得到白色凝胶(倾斜烧瓶凝胶不流动)。 5、置于80 ℃下烘干，大约20 h，得黄色晶体，研磨，得到淡黄色粉末。 6、在 600 ℃下热处理2 h，得到二氧化钛(纯白色)粉体。 五、思考题 1、溶胶-凝胶法制备材料有哪些优点？ 2、纳米二氧化钛粉体有哪些用途？ 六、实验报告要求 实验报告按照学校统一模板书写，包括下列内容： 1、实验名称、目的和实验步骤。 2、解答思考题。

沉淀法制备纳米ZnO

设计性实验2 沉淀法制备纳米ZnO 摘要:本实验以Zn(NO 3) 2 ·6H 2 O和NH 4 HCO 3 为原料，聚乙二醇（PEG600）为模板，采用 直接沉淀法制备纳米氧化锌，并计算产率和晶粒尺寸，讨论影响纳米ZnO晶粒大小的影响因素。 关键词:纳米氧化锌；直接沉淀法；产率；晶粒尺寸 1.直接沉淀发制备纳米ZnO的理论基础 氧化锌俗称锌白，常作白色颜料，是一种重要的工业原料，它广泛应用于涂料、橡胶、陶瓷、玻璃等多种工业。纳米氧化锌与普通氧化锌相比显示出诸多特殊性能，如:压电性、荧光性、非迁移性、吸收和散射紫外线能力等，因而其用途大大扩展，如可用于压敏材料、压电材料、荧光体、化妆品、气体传感器、吸湿离子传导温度计、图象记录材料、磁性材料、紫外线屏蔽材料、高效催化剂和光催化剂。国内外专家学者一致认为，纳米氧化锌必将逐步取代传统的氧化锌系列。 纳米材料是指晶粒（或组成相）在任一维的尺寸小于100nm的材料，是由粒径尺寸介于1 ~ 100nm之间的超细微粒组成的固体材料，按空间形态可分为一维纳米丝、二维纳米膜和三维纳米粒。 纳米材料的制备方法分类如下表：

本实验采用化学沉淀法里的直接沉淀法制备纳米ZnO ，直接沉淀法的原理是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。 X-射线衍射仪可以利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析.利用谢乐公式：Dc = 0.89λ /(B cos θ) (λ为X 射线波长, B 为衍射峰半高宽, θ 为衍射角) ，根据粉体X-射线衍射图可以得到相关数据，计算得到粒子的尺寸。 2.实验 2.1实验药品及仪器 Zn(NO 3)2·6H 2O 、 NH 4HCO 3、聚乙二醇（PEG600）、无水乙醇、去离子水 烘箱、500ml 烧杯、250ml 烧杯两个、玻璃棒、PH 计、马弗炉、X 射线衍射仪，胶头滴管。 2.2制备原理及实验步骤 配制0.8mol/l 的聚乙二醇（PEG600）溶液，称取23.8g 的 Zn(NO 3)2·6H 2O 溶于100ml 去离子水，并加入1g 上述配制的聚乙二醇（PEG600）溶液。称取31.6g NH 4HCO 3定容至200ml 配制成2.0mol/l 的溶液。然后将NH 4HCO 3溶液缓慢滴加到锌盐溶液中。调节反应体系的终点PH 值为7.5.将所得的沉淀物减压抽滤，用1mol/L 的NH 4HCO 3溶液无水乙醇分别洗涤3次，60-80℃烘干后放于马弗炉400℃煅烧2h ，即得纳米ZnO 粉体。 主要反应历程如下： Zn 2++2CO 3→ZnCO 3（↓）+CO 2↑+H 2O ZnCO 3→ZnO+CO 2（↑）

胶体金(纳米金Gold Nanoparticles)的制备步骤和注意事项

胶体金（纳米金Gold Nanoparticles）的详细制备步骤和注意事项 胶体金的制备一般采用还原法，常用的还原剂有柠檬酸钠、鞣酸、抗坏血酸、白磷、硼氢化钠等。下面介绍最常用的制备方法及注意事项。 １、玻璃容器的清洁：玻璃表面少量的污染会干扰胶体金颗粒的生成，一切玻璃容器应绝对清洁，用前经过酸洗、硅化。硅化过程一般是将玻璃容器浸泡于５％二氯二甲硅烷的氯仿溶液中１分钟，室温干燥后蒸馏水冲洗，再干燥备用。专用的清洁器皿以第一次生成的胶体金稳定其表面，弃去后以双蒸馏水淋洗，可代替硅化处理。 ２、试剂、水质和环境：氯金酸极易吸潮，对金属有强烈的腐蚀性，不能使用金属药匙，避免接触天平称盘。其１％水溶液在４℃可稳定数月不变。实验用水一般用双蒸馏水。实验室中的尘粒要尽量减少，否则实验的结果将缺乏重复性。 金颗粒容易吸附于电极上使之堵塞，故不能用pH电极测定金溶液的pH值。为了使溶液pH值不发生改变，应选用缓冲容量足够大的缓冲系统，一般采用柠檬酸磷酸盐(pH3～5.8)、Tris-HCL (pH5.8～8.3)和硼酸氢氧化钠(pH8.5～10.3)等缓冲系统。但应注意不应使缓冲液浓度过高而使金溶胶自凝。 ３、柠檬酸三钠还原法制备金溶胶： 取0.01％氯金酸水溶液100ml 加热至沸，搅动下准确加入１％柠檬酸三钠水溶液0.7ml，金黄色的氯金酸水溶液在２分钟内变为紫红色，继续煮沸１５分钟，冷却后以蒸馏水恢复到原体积，如此制备的金溶胶其可见光区最高吸收峰在535nm，Ａ1cm/535=1.12。金溶胶的光散射性与溶胶颗粒的大小密切相关，一旦颗粒大小发生变化，光散射也随之发生变异，产生肉眼可见的显著的颜色变化，这就是金溶胶用于免疫沉淀或称免疫凝集试验的基础。 金溶胶颗粒的直径和制备时加入的柠檬酸三钠量是密切相关的，保持其他条件恒定，仅改变加入的柠檬酸三钠量，可制得不同颜色的金溶胶，也就是不同粒径的金溶胶，见附表。附表100 ml 氯金酸中柠檬酸三钠的加入量对金溶胶粒径的影响 １％柠檬酸三钠ml 0.30 0.45 0.70 1.00 1.50 2.00 金溶胶颜色蓝灰紫灰紫红红橙红橙 吸收峰(nm) 220 240 535 525 522 518 径粒(nm) 147 97.5 71.5 41 24.5 15 ４、柠檬酸三钠－鞣酸混合还原剂：用此混合还原剂可以得到比较满意的金溶胶，操作方法如下：取4ml１％柠檬酸三钠(Na3C6H5O7.2H2O)，加入0～5ml１％鞣酸，0～5ml 25mmo/L K2CO2（体积与鞣酸加入量相等），以双蒸馏水补至溶液最终体积为20ml，加热至60℃取1ml１％的HAuCl4，加于79ml双蒸馏水中，水浴加热至60℃，然后迅速将上述柠檬酸－鞣酸溶液加入，于此温度下保持一定时间，待溶液颜色变成深红色(约需0.5～1小时)后，将溶液加热至沸腾，保持沸腾５分钟即可。改变鞣酸的加入量，制得的胶体颗粒大小不同。 ５、白磷还原法：在120ml双蒸馏水中加入1.5ml１％氯金酸和1.4ml 0.1mol/L K2CO3，然后加入1ml五分之一饱和度的白磷乙醚溶液，混匀后室温放置15分钟，在回流下煮沸直至红褐色转变为红色。此法制得的胶体金直径约6nm，并有很好的均匀度，但白磷和乙醚均易燃易爆，一般实验室不宜采用。 要得到大小更均匀的胶体金颗粒，可采用甘油或蔗糖密度梯度离心，经分级后制得胶体金颗粒直径的变异系数（ＣＶ）可小于１５％。 免疫胶体金制备 １、蛋白质的处理：由于盐类成分能影响金溶胶对蛋白质的吸附，并可使溶胶聚沉，故致敏前应先对低离子强度的水透析。必须注意，蛋白质溶液应绝对澄清无细小微粒，否则应

液相沉淀法在材料合成中应用进展

液相沉淀法合成纳米粉体的应用进展 材料科学与工程赵小龙2011201307 摘要：液相沉淀法是一种合成纳米粉体最为普遍的方法。本文将介绍液相沉淀法的三种方法：直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。对液相沉淀法合成纳米粉体的沉淀反应过程、洗涤过程、干燥过程以及煅烧过程等环节的控制方法及原理作了详述。由于纳米TiO2粉体具有是优良的光催化活性，且具有极大的商业价值，本文还将介绍一下纳米TiO2粉体制备工艺。 关键词：液相沉淀；控制；洗涤；干燥；煅烧；制备工艺 纳米粉体是指线度处于1 nm~100 nm的粒子聚合体，包括金属、金属氧化物、非金属氧化物和其他各种各类的化合物。与普通粉体相比，纳米粉体的特异结构使其具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应[1]，因而在催化、磁性材料、医学、生物工程、精细陶瓷和化妆品等众多领域显示出广泛的应用前景，成为各国竞相开发的热点。纳米粉体的制备方法很多，可归纳为固相法、气相法和液相法三大类。其中液相化学法是目前实验室和工业上采用最为广泛的合成纳米粉体的方法，包括沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法和水热合成法等[2]。本文主要讨论了液相沉淀法合成纳米粉体的分类、方法、控制过程及原理。 1 液相沉淀法介绍 液相沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米材料最普通的方法。它是利用各种溶解在水中的物质反应生成不溶性氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和乙酸盐等，再将沉淀物加热分解，得到最终所需的纳米粉体。液相沉淀法可以广泛用来合成单一或复合氧化物的纳米粉体，其优点是反应过程简单，成本低，便于推广和工业化生产。液相沉淀法主要包括直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。 1.1 直接沉淀法 直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂，如OH-、C 2O 2 -4、CO 2 -3， 在一定条件下发生反应而形成沉淀物，并将原有的阴离子洗去，经热分解得到纳 米粉体。直接沉淀法操作简便易行，对设备、技术要求不太苛刻，不易引入其他杂质，有良好的化学计量性，成本较低，因而对其研究也较多，只不过其合成的纳米粉体粒径分布较宽。廖莉玲等[3]以硝酸镁、碳酸钠为原料，用直接沉淀法合成得到纳米氧化镁，其平均粒径为30 nm。文献[4]报道了用一定溶度的ZrOCl 2 和氨水溶液在聚乙二醇水溶液中混合反应，经抽滤、洗涤、干燥、煅烧后得到纳米 ZrO 2 。其中聚乙二醇起到保护胶粒的作用。 1.2 共沉淀法 共沉淀法是在混合的金属盐溶液(含有两种或两种以上的金属离子)中加入合适的沉淀剂，反应生成均匀沉淀，沉淀热分解后得到高纯纳米粉体材料。它是制备含有两种以上金属元素的复合氧化纳米粉体的主要方法。其在制备过程中完成了反应及掺杂过程，因而得到的纳米粉体化学成分均一、粒度小而且均匀。共沉淀法已被广泛用于制备钙钛矿型材料、尖晶石型敏感材料、铁氧体及荧光材料。 文献[5]报道了用Al(NO 3) 3 和ZrO(NO 3 ) 2 混合溶液，加氨水共沉淀制备了一系列Al 2 O 3 含量由低到高的ZrO 2-Al 2 O 3 纳米复合氧化物。焦正等[6]采用喷射共沉淀法制备了 尖晶石型ZnGa 2O 4 纳米晶，晶粒细小均匀，形状完整，粒径小于10nm，无ZnO杂 相峰。

柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子

柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子实验 一、试剂和材料 1) 柠檬酸钠(Na3C6H507?2H2O，AR) 天津市化学试剂三厂 2) 氯金酸溶液（HAu Cl4?4 H2O），用王水（硝酸：盐酸=1：3（浓溶液的体积比）配制）溶解99.99%纯金制备。 3) 所用水均为超纯水（电阻值大于15 MΩ） 4) 所用玻璃仪器均经王水洗液充分浸泡处理，使用前用超纯水洗净并烘干。 5)仪器圆底瓶（50 mL）、冷凝管（含2 条橡皮管）、漏斗、滴管、刻度吸量管（10 mL）、量筒（50 mL）、安全吸球、磁搅拌子、电磁加热搅拌器、烧杯、计时器、试管（1 支）、样品瓶（25 mL）等. 实验方法 （一）小粒径金纳米粒子（约15 nm）的制备 1. 取5 mL 浓硝酸与15 mL 浓盐酸混合于100 mL 烧杯中配制王水。将所需使用的圆底瓶、吸量管、磁搅拌子、样品瓶等以王水浸润约1 分钟，再将王水倒入回收烧杯中，以大量去离子水将器皿冲洗干净，最后以超纯水淋洗2 次，而后倒置滴干。 注1：反应器具需以王水（HNO3/HCl = 1/3 (v/v)）浸洗器皿内壁，王水必须完全冲洗干净，以免残余王水影响后续制备反应。 注2：王水因具强腐蚀性及刺激臭味，使用时需穿戴乳胶手套并在通

风橱中清洗。王水用后回收作为最后清洗器具使用。 2. 使用已洗净后的量筒量取1 mM 的四氯金酸溶液45 mL 至100mL 圆底瓶中，加入1 个磁搅拌子。 3. 如图2-1架设回流加热装置：以铁夹固定圆底瓶于铁支架上，再将圆底瓶置于电磁搅拌器上，调整至适当位置使搅拌子能顺利搅拌。 4. 装接冷凝管于圆底瓶的上方使磨砂口接合紧密，以铁夹固定冷凝管；连接冷凝管的橡皮管，让冷却水自下端流入、上方排出。 注：橡皮管需先沾水以便利装接，装接的深度应足够以免脱落。冷凝管充满水后，将冷却水水量调小，以节省用水。 5. 开启电磁加热搅拌器之加热及搅拌调控钮让溶液均匀搅拌及加热至溶液沸腾。

制备纳米材料的物理方法和化学方法

制备纳米材料的物理方法和化学方法 （********） 纳米科学技术是20世纪80年代末产生的一项正在迅猛发展的新技术。所谓纳米技术是指用若干分子或原子构成的单元—纳米微粒，制造材料或微型器件的科学技术。 纳米材料的制备方法甚多，目前制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。 1物理制备方法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法，这些方法我们统称为物理凝聚法，物理凝聚法主要分为 （1）真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷，使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制，粒径可达1—100nm 。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中，先抽到410Pa 或更高的真空度，然后注人少量的惰性气体或性2N 、3NH 等载气，使之形成一定的真空条件，此时加热，使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上，形成纳米微粒。 （2）等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气体的等离子体中，使之通过等离子体之间时完全蒸发，通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒，如Fe-A1 , Nb- Si 等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述，物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用资料讲解

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域，涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内一个重要的研究课题，新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，近年来多被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压，对设备技术要求不高，体系化学均匀性好，可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜，而且成功应用于颗粒表面包覆，成为目前合成无机纳米材料的主要技术，引起了材料科学技术界的广泛关注，是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理： 溶胶凝胶法的工艺原理是：以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体，前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液（有时加入少量分散剂）加入适量的凝固剂使盐水解、醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系，再经过长时间放置（陈化）或干燥处理使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此，也有人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。

根据原料的不同，溶胶凝胶法一般可分为两类，即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。 （1）在无机盐溶胶凝胶法中，溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶；或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来完成。反应式如下 （2）金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料 ! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂 ! 加水则会发生如下反应： 式中M为金属R为有机基团，如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程： 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 （1）均相溶液的制备：溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液，以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。在此过程中，溶剂的选择和加入量是关键。 （2）溶胶的制备：在溶胶凝胶法中，最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成，后续工艺均与溶胶的性质直接相关，因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶，一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种颗粒的大小一般在

光化学法制备金纳米粒子

班级:12应化1 W学号 :12331106 姓名 : 陈柏霖 《贵金属纳米材料》课程作业(02) 查阅中外文文献，实例说明：运用微乳液法或光化学合成法合成贵金属纳米粒子。要求：给出原料、列出详细可靠的实验过程、给出所获得的贵金属纳米粒子的物相、形貌和粒度等直观证据、给出来源文献。 光化学法制备金纳米粒子 一．原料 氯金酸（HAuCl4，天津市文达稀贵试剂化工厂），分析纯； 二水合柠檬酸三钠(C6H5Na3O7?2H2O，天津市化学试剂一厂)，分析纯,简TSC； N-聚乙烯吡咯烷酮([OC(CH2)3NCHCH3]n，K30，聚合度 360，天津市博迪化工有限公司)，分析纯，简称 PVP；单宁酸（C76H52O46，天津市化学试剂六厂），分析纯； 聚已二醇(HO(CH2CH2O)nH(n=68-84)，平均分子量 4000，天津市科欧化学试剂开发中心)，化学纯，简称 PVA； 实验用水均为二次蒸馏水。 实验光源一：500 W 卤钨灯，工作波段为 250~2500 nm； 实验光源二：30 W 紫外灯(U 型)，紫外线波长约 95%为 253.7 nm； UV-1100紫外/可见分光光度计(北京瑞利分析仪器有限公司)； JEM-100CXII 型透射电镜(日本电子公司)。 二．纳米金溶胶的制备方法 1、柠檬酸钠还原法制备金胶体 取 100 m L 0.01wt％HAuCl4煮沸后逐滴加入不同量的 0.01wt％的柠檬酸三钠溶液，维持沸腾10钟，得到紫红色的金纳米粒子的溶胶。 2、光还原和光诱导制备金胶体 按方法 1 在煮沸的氯金酸滴加柠檬酸钠以后，移至光源下照射，观察颜色由深变浅最后稳定为紫红色，并与不经煮沸直接光源照射的试样比较。 3、单宁酸－柠檬酸钠还原法制备金胶体

溶胶凝胶法制备材料

溶胶-凝胶法制备材料 摘 要：溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料，其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史，原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词：溶胶-凝胶法；纳米材料；陶瓷薄膜材料；掺杂；锂电池；包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程：1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年 B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。 分类：溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型： (1)传统胶体型：通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型：通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型：通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶，凝胶过程成络合物凝胶。 制备方法及原理：溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法，溶胶-凝胶体的制备有3种途径：（1）溶胶溶液的凝胶化； （2）醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合，继之超临界干燥凝胶；（3）醇盐前驱体的水解聚合。 溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需材料。其基本反应式为： ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解： ;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--）（缩聚：

试验题目材料专业试验—溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜

专业实验（2） 一：溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜 这是材料系设置的基础实验课。材料专业实验（2）要求针对材料领域的各种制备方法以及热处理方法进行自我设计，自我准备，完成工艺的全过程，并得到预期的实验结果，并结合理论知识，分析实验结果与制备工艺参数之间的关系。通过材料专业实验（2），让学生基本掌握常用的类制备方法或热处理工艺的原理和工艺过程，了解工艺过程对最终的结果的影响规律，进一步强化学生的理论知识，培养学生的实际动手操作能力，为其毕业设计做基础。 一、实验目的 1．了解溶胶-凝胶过程 2．掌握用溶胶-凝胶法制备薄膜的制备工艺与原理 二、实验要求 1、学生应该在讲义的基础上，先查阅相关文献，了解溶胶凝胶法概念及在材料制备方面的基本应用，了解该方法制备材料特别是陶瓷薄膜的一般流程和制备过程中的一些关键问题，以及制备过程中可能的影响因素。 2、学生可以制备讲义中给出的陶瓷薄膜ZnO，也可以自己决定制备的陶瓷薄膜材料（不过需要提前一周报知教师以方便准备实验药品），讲义中给出了ZnO陶瓷薄膜制备的一般流程和参考方案，学生可以自主调整参考方案中的各种参数如溶胶的浓度、粘度、匀胶机的转速、匀胶时间、热处理的温度及时间等，可以选择不同的基片、甚至选择用其他的涂膜方式如浸滞提拉法，最终目的是在基片上得到陶瓷薄膜样品。由于实验条件以及实验时间的限制，实验取消了最后一步热处理的过程，而且测试条件只是采用金相显微镜进行粗略的表面质量观测，另外，实验并不要求每个学生都能得到质量很好的样品，而是不同的同学选取不同的实验方案，相互之间要进行横向比较。 三、实验所需仪器设备 一台匀胶机及吸片用小型真空泵，一台可调温电炉，一台搅拌器，以及化学配备溶胶的一些玻璃器皿； 实验测试采用普通的金相显微镜进行粗略的表面质量观察。 四、实验原理 近代科学和生产发展使薄膜科学与技术成为新材料和新器件研发的重要领域。 薄膜的研究首先是从研究如何制作薄膜这种特殊形态材料开始的。传统上采用得较多的方法是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等，但它们都存在一定的局限性。如真空气相沉积设备中的真空腔大小限制着生产元件的尺寸，溅射法由于薄膜材料与基片之间可能发生反应而导致产品污染等，薄膜生产价格昂贵。而溶胶-凝胶法不需要特别昂贵的设备，具有工艺过程简单，薄膜组分化学计量比容易控制，容易形成大面积的均匀膜等优点。因此越来越得到人们的重视和应用. 1、溶胶凝胶法 溶胶-凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来许

复合纳米金膜的制备及其光学性质

第29卷 第3期Vo l 129 No 13材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第131期Jun.2011 文章编号:1673-2812(2011)03-0405-06 复合纳米金膜的制备及其光学性质 万 淼1,2,魏 刚1,袁 红1,洪汉烈2 (1.数学与物理学院,中国地质大学,湖北武汉 430074;2.地球科学学院,中国地质大学,湖北武汉 430074) =摘 要> 本文利用化学还原法制备了不同尺寸的金纳米颗粒,并利用离子自组装多层技术在玻璃基底上沉积了基于金纳米颗粒的复合纳米金膜,研究了颗粒尺寸和成膜厚度对复合金膜光学性质的影响。不同比例的柠檬酸钠与氯金酸产生的金纳米颗粒溶液的紫外-可见光谱随着金颗粒直径增大而 红移展宽。适量比例的柠檬酸钠与氯金酸能够产生平均直径为14?1.2nm 且尺寸分布均匀的金纳米球;其溶液在518nm 处有一特征吸收峰。不同大小的金纳米颗粒形成的薄膜的紫外-可见光谱形状不同,局域表面等离子体共振峰的位置随着颗粒直径的减小而向短波方向迁移。薄膜的沉积层数越多,薄膜表面的颗粒分布越均匀,局域表面等离子体峰的峰值变化也将减小。本工作证实了利用离子自组装多层技术能够快速、简易、低成本地在玻璃基底上沉积具有局域表面等离子体共振的复合纳米金膜。 =关键词> 金纳米颗粒;离子自组装多层技术;局域表面等离子体共振;复合纳米金膜;光学性质中图分类号:T Q031.6;O648.16;O657.3 文献标识码:A Preparation and Optical Properties of Gold -nanoparticles Containing Composite Films WAN Miao 1,2,WEI Gang 1,YUAN Hong 1,HONG Han -lie 2 (1.School of Mathematics and Physics,C hina University of Geosciences,Wuhan 430074,China; 2.Faculty of Earth Sciences,C hina University of Geosciences,Wuhan 430074,China) =Abstract > Go ld -nanoparticles (AuNPs)w ith different diameter s w ere prepar ed by chemical reduction method,then co mpo site go ld films w ere depo sited o n g lass slides by ionic self -assem bled m ultilayers (ISAM )technique.Go ld co lloid w ith different diameter s can be produced by differ ent r atios o f so dium citrate to H AuCl 4,and the UV -vis peak w avelength o f collo id shifts to shor ter w aveleng th w ith decreasing AuNPs size.Go ld -nanospheres w ith unifor m size (14?1.2nm average diameter)and g ood size distribution can be prepared,and the UV -vis adso rption peak o f this colloid locates at 518nm.Optical properties o f the composite go ld films depend on both AuNPs size and ISAM film thickness.T he po sitio n of localized surface plasmo n reso nance (LSPR)of the gold film shifts to shorter w aveleng th w ith decr easing AuNPs size.With increasing the number of deposited lay er s,the film surface gets unifo rm character istic and stable LSPR position. =Key words > go ld -nano particles;ionic self -assembled multilayers;lo calized surface plasmon resonance;com po site gold film;optical pro perty 收稿日期:2010-07-01;修订日期:2010-09-25 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CU GL100240) 作者简介:万 淼(1980-),女,讲师,E -m ail:wm wh dz07@https://www.docsj.com/doc/3c6314067.html, 。通讯作者:洪汉烈,教授,E -mail:hong hl8311@yah https://www.docsj.com/doc/3c6314067.html, 1 引 言 离子自组装多层技术(Io nic Self -assembled Multilay er s,ISAM )是层层自组装技术(Layer -by -Lay er,LbL)的一种。1991年Decher 小组首次利用阴 阳离子聚电解质的静电自组装成功制备了多层复合平板膜 [1] ,并研究了多层薄膜的结构和性质 [2] ,从此之后

纳米材料制备方法综述

纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用

溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用 前言 纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域，涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等。纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内 一个重要的研究课题，新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有 重要的影响。最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种 物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等 溶胶-凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，近年来多 被用于制备纳米微粒和薄膜。溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压，对设备 技术要求不高，体系化学均匀性好，可以通过改变溶胶-凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料 的显微结构等诸多优点。不仅可用于制备超微粉末和薄膜，而且成功应用于颗粒表面包覆， 成为目前合成无机纳米材料的主要技术，引起了材料科学技术界的广泛关注，是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域。 1.溶胶-凝胶法的工艺原理： 溶胶凝胶法的工艺原理是：以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体，前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液（有时加入少量分散剂）加入适量的凝固剂使盐水解、 醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系，再经过长时间放置（陈化）或干燥处理使 溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。因此，也有 人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。 根据原料的不同，溶胶凝胶法一般可分为两类，即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。（1）在无机盐溶胶凝胶法中，溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒 不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶；或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出 来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来 完成。反应式如下 （2）金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶’首先将金属醇盐溶入有机溶剂! 加水则会发生如下反应： 式中M为金属R为有机基团，如烷基。经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。 2.溶胶-凝胶法的工艺过程： 溶胶凝胶法制备无机纳米材料过程主要包括5个步骤 （1）均相溶液的制备：溶胶凝胶法的第一步是制取包含醇盐和水均相溶液，以确保醇盐的 水解反应在分子级水平上进行。在此过程中，溶剂的选择和加入量是关键。 （2）溶胶的制备：在溶胶凝胶法中，最终产品的结构在溶胶形成过程中即已初步形成，后 续工艺均与溶胶的性质直接相关，因此溶胶制备的质量是十分重要的。有两种方法制备溶胶，一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成 原始颗粒。这种颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核大小的范围内，因而可制得溶胶；另一种方法是由同样的盐溶液，通过对沉淀过程的严格控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒 而沉淀，从而直接得到胶体溶液。 （3）凝胶化过程：缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇，后者逐渐相互连 接成为一个横跨整体的三维粒子簇连续固体网络。在陈化过程中，胶体粒子聚集形成凝胶， 由于液相被包裹于固相骨架中，整个体系失去活动性，随着胶体粒子逐渐形成网络结构， 溶胶也从Newton体向Bingham体转变，并带有明显的触变性。在许多实际应用中，制品的成型就是在此期间完成的。

纳米金制备

纳米金的制备 一、实验药品 氯金酸、柠檬酸钠、二蒸水、超纯水、铬酸洗液（H2SO4/K2Cr2O7） 二、实验器材 精密电子天平、电动搅拌器、500mL圆底烧瓶、100mL烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶、1000μL移液枪 三、实验步骤 ①玻璃器皿的清洁 据文献表明，玻璃器皿的清洁是纳米金制备成功与否的关键，如果玻璃器皿内不干净或者有灰尘落入就会干扰胶体金颗粒的形成，形成颗粒大小不一、颜色微红、无色或浑浊不透明的溶液。所以在制备纳米金之前，必须认真地清洗所有玻璃器皿，先用自来水和一般的洗涤剂将所有玻璃器皿清洗一遍，然后用铬酸洗液(H2SO4/K2Cr2O7)充分浸泡，24小时之后用清水将铬酸洗液冲洗干净，最后再用高纯水冲洗3-4遍，放入烘箱中充分干燥后，待用。通过此方法处理过的玻璃器皿不需要硅化处理，可以直接制备胶体金，也可以用已经制备的胶体金溶液用同等大小颗粒的金溶液去包被所有的玻璃器皿的表面，然后弃去，再用蒸馏水清洗，即可使用，因为它减少了金颗粒的吸附作用。 ②溶液的配制 氯金酸(HAuCl4)水溶液的配制：将1g氯金酸一次溶解于新鲜的高纯水中，用100mL容量瓶配成1%的水溶液，移置于100mL广口瓶中，放置于阴暗处保存。 柠檬酸钠溶液的配制:将1g柠檬酸钠一次性溶解于新鲜的高纯水中，用100mL容量瓶配制成的1%水溶液，移置于100mL广口瓶中，放置于阴暗处保存。 所有配制试剂的容器均按照上述要求的酸处理洗净。 ③实验步骤 按班级人数分为1组～4组。1组作为对照组，第2组探究不同反应温度对纳米金颗粒大小形成的影响；第3组探究还原剂浓度对纳米金颗粒大小形成的影响；第4组探究在温度及其还原剂浓度同时变化对纳米金颗粒大形成的影响。 实验过程中，由于在一定范围内的搅拌强度和搅拌时间对制备纳米金影响不大,但考虑到化学反应的需要和水蒸发过多对实验结果造成的不良影响,实验时搅拌强度以不产生漩涡、搅拌时间控制在 15min左右。 第一组 所有操作均在室温下进行。在100mL圆底烧瓶中加入50mL超纯水，用1000μL的移液枪移取500μL事先配制好的1%的氯金酸水溶液于50mL超纯水中，使得溶液中氯金酸的浓度降低至0.01%(w/v)，将此溶液在油浴中加热恒温于100℃内。在磁子的剧烈搅拌下，迅速加入4mL的事先配制好的柠檬酸三钠溶液(1%)，继续搅拌，反应10 min 至合成液不再变色，停止加热，继续搅拌，待合成液冷却至室温后，放入 4℃冰箱储存，以备表征和标记应用。第二组 所有操作均在室温下进行。在100mL圆底烧瓶中加入50mL超纯水，用1000μL的移液枪移取500μL事先配制好的1%的氯金酸水溶液于50mL超纯水中，使得溶液中氯金酸的浓度降低至0.01%(w/v)，将此溶液在油浴中加热恒温于100℃内。在磁子的剧烈搅拌下，迅速加入3mL的事先配制好的柠檬酸三钠溶液(1%)，继续搅拌，反应10min至合成液不再变色，停止加热，继续搅拌，待合成液冷却至室温后，放入 4℃冰箱储存，以备表征和标记应用。 第三组 所有操作均在室温下进行。在100mL圆底烧瓶中加入50mL超纯水，用1000μL的移液枪