溶胶凝胶

在材料科学中，溶胶-凝胶过程是一种从小分子生产固体材料的方法。 该方法用于制造金属氧化物，尤其是硅 (Si) 和钛 (Ti) 的氧化物。 该过程涉及将单体转化为胶体溶液 (sol)，作为离散颗粒或网络聚合物的集成网络（或凝胶）的前体。 典型的前体是金属醇盐。 溶胶-凝胶工艺用于生产陶瓷纳米粒子。

在这个化学过程中，形成了溶胶（胶体溶液），然后逐渐演变成凝胶状双相系统的形成，该系统包含液相和固相，其形态范围从离散颗粒到连续聚合物网络。 在胶体的情况下，颗粒的体积分数（或颗粒密度）可能非常低，以至于最初可能需要去除大量流体才能识别凝胶状特性。 这可以通过多种方式实现。 最简单的方法是让时间沉淀，然后倒掉剩余的液体。 离心也可用于加速相分离过程。

去除剩余的液相（溶剂）需要一个干燥过程，这通常伴随着大量的收缩和致密化。 溶剂去除的速率最终取决于凝胶中孔隙率的分布。 最终部件的最终微观结构显然会受到此加工阶段结构模板变化的强烈影响。

之后，通常需要进行热处理或烧制工艺，以促进进一步缩聚并通过最终烧结、致密化和晶粒生长提高机械性能和结构稳定性。 与更传统的加工技术相比，使用这种方法的一个明显优势是通常可以在低得多的温度下实现致密化。

前体溶胶可以沉积在基材上形成薄膜（例如，通过浸涂或旋涂），浇铸到具有所需形状的合适容器中（例如，以获得整体陶瓷、玻璃、纤维、膜、气凝胶 ), 或用于合成粉末 (例如, 微球、纳米球)。 溶胶-凝胶方法是一种廉价的低温技术，可以精确控制产品的化学成分。 即使是少量的掺杂剂，如有机染料和稀土元素，也可以引入溶胶中，并最终均匀分散在最终产品中。 它可用于陶瓷加工和制造，作为熔模铸造材料，或作为生产各种用途的极薄金属氧化物薄膜的手段。 溶胶-凝胶衍生材料在光学、电子、能源、空间、（生物）传感器、医学（例如，控制药物释放）、反应材料和分离（例如，色谱）技术中具有多种应用。

溶胶-凝胶工艺是一种用于制造玻璃和陶瓷材料的湿化学技术。 在此过程中，溶胶（或溶液）逐渐演变为包含液相和固相的凝胶状网络。 典型的前体是金属醇盐和金属氯化物，它们经历水解和缩聚反应形成胶体。 固相的基本结构或形态可以从离散的胶体颗粒到连续的链状聚合物网络。

术语胶体主要用于描述范围广泛的固-液（和/或液-液）混合物，所有这些混合物都包含以不同程度分散在液体介质中的不同固体（和/或液体）颗粒。 该术语特定于单个粒子的大小，这些粒子大于原子尺寸但小到足以表现出布朗运动。 如果颗粒足够大，那么它们在悬浮状态下任何给定时间段内的动态行为都会受到重力和沉降的影响。