無(wú)機(jī)非金屬材料.ppt

1、無(wú)機(jī)非金屬材料制備及應(yīng)用,材料 材料是指人類社會(huì)可接受、能經(jīng)濟(jì)地制造有用器件（或物體的）物質(zhì)。 材料的分類,無(wú)機(jī)非金屬材料,是指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無(wú)機(jī)材料。 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料 陶瓷、玻璃、水泥 以含硅物質(zhì)為原料加熱制成,二氧化硅,二氧化硅又稱硅石，化學(xué)式SiO2，自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無(wú)定形二氧化硅兩種，結(jié)晶二氧化硅因晶體結(jié)構(gòu)不同，分為石英，磷石英和方石英三種。純石英為無(wú)色晶體，自然界存在一般為無(wú)定形二氧化硅，為白色固體或粉末狀。,SiO2超微粉體為白色粉體，相對(duì)密度為2.319-2.653g.cm

2、-3，熔點(diǎn)為1750，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染。這種材料明顯顯現(xiàn)出絮狀或網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸小，比表面積大。SiO2微粒由于其粒徑非常小，因而它所表現(xiàn)出來(lái)的小尺寸效應(yīng)和表面界面效應(yīng)使其具有與常規(guī)的塊體及粗顆粒材料不同的特殊特性。,超細(xì)二氧化硅粉體制備方法,物理方法：一般指機(jī)械粉碎法。利用超級(jí)氣流粉碎機(jī)或高能球磨機(jī)將二氧化硅的聚集體粉碎。但該方法工藝簡(jiǎn)單，容易帶入雜質(zhì)，制粉效率低且粒徑分布較寬。,化學(xué)方法,化學(xué)氣相法（CVD）,化學(xué)沉淀法,微乳液法,水熱合成法,溶膠-凝膠法（Sol-Gel）,化學(xué)氣相法,氣相法多以SiCl4為原料，采用SiCl4氣體在高溫氫氧氣流下水解制得煙霧狀的SiO2 反應(yīng)

3、方程式： 2H2+O22H2O SiCl4+2H2OSiO2+4HCl 2H2+O2+SiCl4SiO2+4HCl,化學(xué)沉淀法,通常用水玻璃和鹽酸或其他酸化劑，適時(shí)加入表面活性劑到反應(yīng)體系中，控制合適的合成溫度，將得到的沉淀用離心法分離洗滌，經(jīng)一定且合適的溫度干燥，最后高溫灼燒一定時(shí)間后得到白色輕質(zhì)的SiO2粉末。 化學(xué)方程式： Na2SiO3+HClxSiO2yH2O+NaCl xSiO2yH2OSiO2+H2O,微乳液法,微乳液法是液相化學(xué)制備法中最新穎的一種。微乳液由表面活性劑、助表面活性劑、油、水組成，首先形成乳液，劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個(gè)個(gè)微泡，微泡表面由表面活性劑

4、組成，尺寸大小在5100nm之間。在微泡中可成核生長(zhǎng)、凝結(jié)、團(tuán)聚等，其過(guò)程局限于微小的球形內(nèi)，從而形成球形顆粒，且避免了顆粒之間進(jìn)一步團(tuán)聚，其反應(yīng)物大多是硅酸酯，如正硅酸乙酯(TEOS)等,水熱合成法,水熱合成法是指在特制的密閉反應(yīng)容器（高壓釜）里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解。,水熱法制備SiO2通常是將正硅酸乙酯、蒸餾水的混合溶液放入反應(yīng)釜中，在一定溫度和壓力下均勻攪拌一定時(shí)間得到粉體。反應(yīng)的方程式如下： 5Si(OC2H5)4+H2OSi5O4(OH)+12C2H5OH Si5O4(OH)125SiO2+6H2O 將

5、得到的沉淀過(guò)濾、洗滌、干燥則得到最終的SiO2粉體。,溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之間。 凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在13之間。,溶膠凝膠法,溶膠（Sol）是由孤立的細(xì)小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體系。 當(dāng)液相為水時(shí)稱為水溶膠（Hydrosol）;當(dāng)為醇時(shí)稱為醇溶膠（alcosol）。 凝膠（Gel）是一種由細(xì)小粒子聚集而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系，凝膠中滲有連續(xù)的分散相介質(zhì)。 按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠

6、（Hydrogel）、醇凝膠（alcogel）和氣凝膠（aerogel）。,沉淀物（precipitate）由孤立粒子聚集體組成而區(qū)別于凝膠。,溶膠-凝膠法的原理,簡(jiǎn)單的講，溶膠凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化后，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米結(jié)構(gòu)的材料。,溶膠-凝膠法一般可分為兩類，即無(wú)機(jī)鹽溶膠-凝膠法和金屬醇鹽水解法。 1.在無(wú)機(jī)鹽溶膠-凝膠法中，溶膠的制備是通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)鹽沉淀過(guò)程的控制，使生成的顆粒不團(tuán)聚成大顆粒而生成沉淀，直接得到溶膠且溶膠的形成主要是通過(guò)無(wú)機(jī)鹽的水解來(lái)完成。,2.金屬醇鹽水解法通常是以金屬有機(jī)醇鹽為原料，通過(guò)水解與縮聚反應(yīng)而制得溶膠。首先將金屬醇鹽溶入有機(jī)溶劑，加水則會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)。 水解反應(yīng) 金屬醇鹽M(OR)n (n為金屬M(fèi) 的化合價(jià))與水反應(yīng)為： M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH 縮聚反應(yīng) 失水縮聚 一MOH+OHM一MOM一+H2O 失醇縮聚 一MOR+OHM一MOM一+ROH,具體粉體制備,原理：,操作流程,無(wú)水乙醇催化劑蒸餾水,40度恒溫水浴磁力攪拌至恒定溫度,加入TEOS,4