第一章溶膠－凝膠法
1. 膠體：膠體是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的質量可以忽略不計，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。
2. 溶膠：具有液體特徵的膠體體系，是指微小的固體顆粒懸浮分散在液相中，不停地進行布朗運動的體系。
3. 凝膠：具有固體特徵的膠體體系，被分散的物質形成連續的網路骨架，骨架孔隙中充滿液體或氣體，凝膠中分散相含量很低，一般為1%~3%。
4. 溶膠－凝膠法用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，並進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網路結構的凝膠，凝膠網路間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過乾燥、燒結固化製備出分子乃至奈米亞結構的材料。
一、溶膠穩定機制
增加體系中粒子間結合所須克服的能壘可使之在動力學上穩定。增加粒子間能壘通常有三個基本途徑：(1)使膠粒帶表面電荷；(2) 利用空間位阻效應；(3)利用溶劑化效應 p13
二、溶膠－凝膠過程及基本原理
不論所用的前驅物是無機鹽或金屬醇鹽，其主要反應步驟是前驅物溶於溶劑中（水或有機溶劑）形成均勻的溶液，溶質與溶劑產生水解或醇解反應，反應生成物聚集成1~100nm的粒子並組成溶膠，後者經蒸發乾燥轉變為凝膠。
三、溶膠－凝膠基本過程
（1）首先製取含金屬醇鹽和水的均相溶液，以保證醇鹽的水解反應在分子的水平上進行。由於金屬醇鹽在水中的溶解度不大，一般選用醇作為溶劑，醇和水的加入應適量，習慣上以水/醇鹽的摩爾比計量。催化劑對水解速率、縮聚速率、溶膠凝膠在陳化過程中的結構演變都有重要影響，常用的酸性和鹼性催化劑分別為hcl和nh4oh，催化劑加入量也常以催化劑/醇鹽的摩爾比計量。
為保證前驅溶液的均相性，在配製過程中需施以強烈攪拌。
（2）第二步是製備溶膠。製備溶膠有兩種方法：聚合法和顆粒法，兩者間的差別是加水量多少。
所謂聚合溶膠，是在控制水解的條件下使水解產物及部分未水解的醇鹽分子之間繼續聚合而形成的，因此加水量很少；而粒子溶膠則是在加入大量水，使醇鹽充分水解的條件下形成的。金屬醇鹽的水解反應和縮聚反應是均相溶液轉變為溶膠的根本原因，控制醇鹽的水解、縮聚的條件如：加水量、催化劑和溶液的ph值以及水解溫度等，是製備高質量溶膠的前提。
（3）第三步是將溶膠通過陳化得到溼凝膠。溶膠在敞口或密閉的容器中放置時，由於溶劑蒸發或縮聚反應繼續進行而導致向凝膠的逐漸轉變，此過程往往伴隨粒子的ostward熟化，即因大小粒子溶解度不同而造成的平均粒徑增加。在陳化過程中，膠體粒子逐漸聚集形成網路結構，整個體系失去流動特性，溶膠從牛頓型流體向賓漢型流體轉變，並帶有明顯的觸變性，製品的成型如成纖、塗膜、澆注等可在此期間完成。
（4）第四步是凝膠的乾燥。溼凝膠內包裹著大量溶劑和水，乾燥過程往往伴隨著很大的體積收縮，因而很容易引起開裂，防止凝膠在乾燥過程中至關重要而又較為困難的一環，特別對尺寸較大的塊狀材料，為此需要嚴格控制乾燥條件，或新增控制乾燥的化學新增劑，或採用超臨界乾燥技術。
（5）最後對幹凝結膠進行熱處理。其目的是消除幹凝膠中的氣孔，使製品的相組成和顯微結構能滿足產品效能要求。在熱處理時發生導致凝膠緻密化的燒結過程，由於凝膠的高比表面積、高活性，其燒結溫度比通常的粉料坯體低數百度，採用熱壓燒結等工藝可以縮短燒結時間，提高製品質量。
四、溶膠——凝膠合成方法的適用範圍
溶膠—凝膠合成方法是一種寬範圍、亞結構、大跨度的全維材料製備的溼化學方法，該方法可製備的材料種類有塊體材料、多孔材料、薄膜或塗層材料、纖維材料、超細粉體材料、複合材料等。p15
五、溶膠-凝膠工藝引數
1、前驅體的選擇
金屬醇鹽
易水解、技術成熟、可通過調節ph值控制反應程序；**昂貴、金屬原子半徑大的醇鹽反應活性極大、在空氣中易水解、不易大規模生產、受or烷基的體積和配位影響。
金屬無機鹽
**低廉、易產業化；受金屬離子大小、電位性及配位數等多種因素影響。
2、水解度的影響
3、催化劑的影響
催化劑影響反應速率
4、溶膠濃度的影響
溶膠濃度主要影響凝膠時間
5、反應溫度的影響
反應溫度對凝膠時間以及是否凝膠有直接關係；公升高溫度可以縮短體系的凝膠時間；提高溫度對醇鹽的水解有利。
6、絡合劑的使用
六、溶膠-凝膠法的特點
溶膠-凝膠法：是一種可以製備從零維到三維材料的全維材料溼化學製備反應方法。
該法的主要特點：利用是用液體化學試劑(或將粉狀試劑溶於溶劑中)或溶膠為原料，而不是用傳統的粉狀物體，反應物在液相下均勻混合並進行反應，反應生成物是穩定的溶膠體系，經放置一定時間轉變為凝膠，其中含有大量液相，需借助蒸發除去液體介質，而不是機械脫水，在溶膠或凝膠狀態下即可成型為所需製品，在低於傳統燒成溫度下燒結。
溶膠-凝膠法的優點
（1）該方法的最大優點是製備過程溫度低。
（2）溶膠-凝膠法增進了多元組分體系的化學均勻性。
（3）溶膠-凝膠反應過程易於控制，可以實現過程的完全而精確的控制，可以調控凝膠的微觀結構。
（4）該法製備材料摻雜的範圍寬(包括摻雜的量和種類)，化學計量準確且易於改性。
（5）sol-gel製備技術製備的材料組分均勻、產物的純度很高。
（6）在薄膜製備方面，sol-gel工藝更顯出了獨特的優越性。
（7）在一定條件下，溶膠液的成纖效能很好，因此可以用以生產氧化物，特別是難熔氧化物纖維。
（8）可以得到一些用傳統方法無法獲得的材料。
（9）溶膠-凝膠法從溶膠出發，從同一種原料出發，通過簡單反應過程，改變工藝即可獲得不同的製品。
溶膠-凝膠法的缺點
（1）所用原料可能有害。
（2）反應影響因素較多。
（3）工藝過程時間較長。有的處理過程時間長達1~2月。
（4）所得到半成品製品容易產生開裂。
（5）所得製品若燒成不夠完善，製品中會殘留物。
（6）製備薄膜或塗層時，薄膜或塗層的厚度以及厚度的均勻性難以準確控制，
（7）在凝膠點處粘度迅速增加。
（8）通常要獲得沒有絮凝的均勻溶膠。
（9）對製備玻璃陶瓷材料而言溶膠-凝膠方法不能擴大玻璃的形成範圍，反而多少有些限制。
第二章水熱與溶劑熱合成
水熱法是指在特製的密閉反應器（高壓釜）中，採用水溶液作為反應體系，通過對反應體系加熱、加壓(或自生蒸氣壓），創造乙個相對高溫、高壓的反應環境，使得通常難溶或不溶的物質溶解，並且重結晶而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。
溶劑熱法，將水熱法中的水換成有機溶劑或非水溶媒（例如：有機胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），採用類似於水熱法的原理，以製備在水溶液中無法長成，易氧化、易水解或對水敏感的材料。
一、水熱與溶劑熱合成的原理
水熱法常用氧化物或者氫氧化物或凝膠體作為前驅物，以一定的填充比進入高壓釜，它們在加熱過程中溶解度隨溫度公升高而增大，最終導致溶液過飽和，並逐步形成更穩定的新相。
反應過程的驅動力是最後可溶的前驅體或中間產物與最終產物之間的溶解度差，即反應向吉布斯焓減小的方向進行。
二、水熱與溶劑熱合成工藝
水熱與溶劑熱合成的一般工藝是：前驅體選擇，優化工藝引數，混料，裝釜，置入烘箱，加溫、加壓狀態進行反應，取釜冷卻、取樣，後處理。
前驅體選擇
前驅物的選擇關係到最終粉體的質量以及製備工藝的複雜程度，影響到粉體晶粒的合成機制。水熱法製備粉體所選的前驅物與最終產物在水熱溶液中應有一定的溶解度差，以推動反應向粉體生成的方向進行；前驅物不與襯底反應，且前驅物所引入的其它元素及雜質，不參與反應或仍停留在水熱溶液中，而不進入粉體成分，以保證粉體的純度，另外，還應考慮製備工藝因素。
介質選擇p45
水熱與溶劑熱合成反應影響因素
（1）溫度水熱反應溫度能夠影響化學反應過程中的物質活性，影響生成物的種類。反應溫度還影響生成物的晶粒粒度，實驗結果表明當反應時間一定時，水熱反應溫度越高，晶粒平均粒度越大，粒度分布範圍越寬。在溫差和其他物理、化學條件恆定的情況下，晶體生長速率一般隨著溫度的提高而加快。
（2）壓強在水熱實驗中，壓強不僅是選擇反應裝置的標準，而且還會影響反應物的溶解度和溶液的ph值，從而影響反應速率以及產物的形貌和粒徑。在一定溫度和溶劑濃度條件下，高壓釜內的壓強高低取決於填充度的大小，填充度越大，壓強就越大。人們往往通過調節填充度的大小來控制壓強。
（3）ph值酸鹼度在晶體生長、材料合成與製備以及工業處理等過程中扮演極為重要的角色，它會影響過飽和度、動力學、形態、顆粒大小等。改變溶液的ph值，不但可以影響溶質的溶解度，影響晶體的生長速率，更重要的是改變了溶液中生長基元的結構，並最終決定晶體的結構、形狀、大小和開始結晶的溫度。
（4）反應時間晶粒粒度會隨著水熱反應時間的延長而逐漸增大。
（5）雜質水熱反應中，雜質可改善物質的效能。在生長晶體時以適當比例摻入特定的雜質可以改變生成晶體的結構和顏色，以獲得具有某種特殊效能的晶體材料。雜質不僅能改變晶體的結構和顏色，還會影響晶體的形貌。
第三章電解合成
電解質溶液的電導
電解質溶液的導電是由於電場中離子定向移動的結果，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，它們的導電能力大小用電導表示。
a. 電導(g)及電導率(κ)
金屬的導電能力通常用電阻r來衡量，而電解質溶液導電能力的大小通常用電導g來表示。 電導是電阻的倒數，根據歐姆定律： 式中，i為通過導體的電流；u是電壓。
實驗表明，電解質溶液的電導與兩極間的距離l成反比，與電極面積a成正比，即：
式中，κ為比例常數，稱為電導率（亦稱比電導）, 單位：ω-1·cm-1。
將上式改寫為
電導率的物理意義:電極面積各為1cm2，兩電極相距1cm時溶液的電導。其數值與電解質種類、溶液濃度及溫度等因素有關。
一、電解合成裝置
進行電解的裝置叫電化學反應器，又名電解池，工業上稱電解槽，高溫熔鹽體系叫電解爐。
電解合成最基本的裝置包括5部分：電源、陰極和陽極、電解容器、電壓測量儀表、電流測量儀表。
1、對電解槽的要求
（1）在能實現所需電合成過程的前提下，盡可能簡單，如隔膜、攪拌裝置等可省去；
（2）為簡化流程、減少裝置投資，盡量使各個過程在電解槽內進行；
（3）電極上的電位分布盡量均勻，可採用輔助電極或特殊形狀的對電極達到這一點；
（4）陰、陽兩極之間的隔膜電阻盡可能少。
（5）所用材料適合在電解過程的電解液中長時間使用（如耐腐蝕好等）；
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