5.溶胶一凝胶法制备薄膜 ●溶胶凝胶法制备薄膜的优点： ●（1)工艺设备简单，无需真空条件或真空昂贵设备 。（2)工艺过程温度低，这对于制备含有易挥发组分或在高温下易发生相分离 的多元系来说尤其重要； 。（3)可以大面积在各种不同形状、不同材料的基底上制备薄膜，甚至可以在 粉末材料的颗粒表面制备一层包覆膜； ●(4)易制得均匀多组分氧化物膜，易于定量掺杂，可以有效地控制薄膜成分 及微观结构
5.溶胶－凝胶法制备薄膜 ⚫ 溶胶凝胶法制备薄膜的优点： ⚫ (1)工艺设备简单，无需真空条件或真空昂贵设备； ⚫ (2)工艺过程温度低，这对于制备含有易挥发组分或在高温下易发生相分离 的多元系来说尤其重要； ⚫ (3)可以大面积在各种不同形状、不同材料的基底上制备薄膜，甚至可以在 粉末材料的颗粒表面制备一层包覆膜； ⚫ (4)易制得均匀多组分氧化物膜，易于定量掺杂，可以有效地控制薄膜成分 及微观结构
● 反应体系的确定：根据不同的要求选择合适的材料，配置溶胶 材料 主盐 沉淀剂 成膜促进剂 Al203 lNO,3、LaNO,3 La203l203 AI(NO3)3 NH OH 聚乙烯醇(PVA) Zr02Y203)-Al03 、Zr0Cl2、YNO,方 H2C204 MgO-ZrO2 Zr0C2、MgNO,2、 NHOH 聚乙烯醇(PVA)、 Y203-Zr02 YNO,为 (NH)2CO3 阴离子表面活性 剂 MgAL,O MgFe2O MgNO,)2、ANO, 阴离子表面活性剂 Mg(Fe,Al)O Fe(NO3)3 (NH)2CO3 聚乙二醇、甘油 Ca1o(OH田P0,) Ca (NO3)2、(NH)2HPO不 ZrCl、MgNO,2 HNO3 聚丙烯酰胺 (Ca,Mg)Zra(PO6
⚫ 反应体系的确定：根据不同的要求选择合适的材料，配置溶胶 材料 主盐 沉淀剂 成膜促进剂 Al2O3 La2O3 -Al2O3 ZrO2 (Y2O3 )-Al2O3 Al(NO3 )3、La(NO3 )3、 Al(NO3 )3 、ZrOCl2、Y(NO3 )3 NH4OH H2C2O4 聚乙烯醇（PVA） MgO-ZrO2 Y2O3 -ZrO2 ZrOCl2 、Mg(NO3 ) 2、 Y(NO3 )3 NH4OH (NH4 )2CO3 聚乙烯醇（PVA）、 阴离子表面活性 剂 MgAl2O4 MgFe2O4 Mg (Fe，Al)O4 Mg (NO3 )2 、Al (NO3 )3、 Fe(NO3 )3 (NH4 )2CO3 阴离子表面活性剂 聚乙二醇、甘油 Ca10(OH)2 (PO4 ) (Ca，Mg)Zr4 (PO4 )6 Ca (NO3 )2、(NH4 )2HPO4、 ZrCl4、Mg(NO3 )2 HNO3 聚丙烯酰胺
反应体系组成： ●金属盐：膜材料的主要成分 ·沉淀剂：通过沉淀反应生成溶胶或催化剂 ●成膜助剂： (1)起到高分子的位阻作用。 (2)延缓溶剂挥发作用。 (3)带不同长度支链和极性基团的高分子对最终材料的微结构有控制作用。 成膜助剂具体要求 √根据最终材料的结构要求和溶胶粒子表面电荷性质选择主成分和表而活性剂； /各组分之间不应有强的化学作用，以免影响各自的功能； √主成分应具有较高的固化点。使固相粒子在初期干燥阶段(<120°G充分靠近 以形成密堆积； √各组分在后期干燥和热处理早期(K350°C)能够逐渐并完全分解
反应体系组成: ⚫ 金属盐：膜材料的主要成分 ⚫ 沉淀剂：通过沉淀反应生成溶胶或催化剂 ⚫ 成膜助剂： (1)起到高分子的位阻作用。 (2)延缓溶剂挥发作用。 (3)带不同长度支链和极性基团的高分子对最终材料的微结构有控制作用。 成膜助剂具体要求 ✓ 根据最终材料的结构要求和溶胶粒子表面电荷性质选择主成分和表而活性剂； ✓ 各组分之间不应有强的化学作用，以免影响各自的功能； ✓ 主成分应具有较高的固化点。使固相粒子在初期干燥阶段(<120℃)充分靠近 以形成密堆积； ✓ 各组分在后期干燥和热处理早期(<350℃)能够逐渐并完全分解
溶胶凝胶成膜过程 胶粒 H2O NH, →H20 NH或者NO3 成膜促进剂 稳定的均匀溶胶 干燥初期 H0C02 侠升温 慢升温 图7-1无机前驱体Sol-Gl膜的成膜机制示意图
稳定的均匀溶胶 成膜促进剂 胶粒 NH4 +或者NO3 - H2O H2O NH3 干燥初期 H2O CO2 快升温 慢升温 图7-1无机前驱体Sol-Gel膜的成膜机制示意图 溶胶凝胶成膜过程
影响成膜性和膜结构的主要因素 (1)溶胶稳定性 -20 沉淀剂的种类，沉 度和 时间；成膜促进剂加入 (2)干燥制度 40 特别细致的升温并 20'℃ 自瓷膜， 反之有利于得到多孔膜 -60 60'C (3)烧结制度：一般来说 0 10 20 30 生下降， 40 对多孔膜来说则伴随孔彳 时间/h 涂层 时，这种变化并不明显。 图7-2ZO2(Y20)-A1203膜的早期干燥曲线 (4)基体：在制备载体膜（或涂层）时，基体必须在表面状态和热膨胀系数方面与 Sol-Gel膜相匹配
影响成膜性和膜结构的主要因素 (1) 溶胶稳定性 沉淀剂的种类，沉淀反应的速度和温度；pH；溶胶剂种类，溶胶温度和 时间；成膜促进剂加入后的分散方式与时间。 (2)干燥制度 特别细致的升温并在有关分解温度充分保温有利于获得结构致密的陶瓷膜， 反之有利于得到多孔膜 (3)烧结制度：一般来说，随着烧结温度的提高，晶粒长大造成组织均匀性下降， 对多孔膜来说则伴随孔径长大和孔隙率降低。但在制备的许多陶瓷薄膜或涂层 时，这种变化并不明显。 (4)基体：在制备载体膜(或涂层)时，基体必须在表面状态和热膨胀系数方面与 Sol-Gel膜相匹配