第三章 溶胶－凝胶 Sol-Gel
溶胶-凝胶法是一种典型的软化学合成路线，它的历史可 以追溯到19世纪，但20世纪80年代以来，由于溶胶-凝胶法 在制备性能优良的陶瓷粉体、涂层、玻璃及复合材料方面 的成功应用，它将过去各自独立的陶瓷，玻璃、纤维和薄 膜技术纳入统一的一种工艺过程之中，因而，越来越受到 重视。 溶胶-凝胶工艺的特点之一是属于多种学科的交叉，其 中主要涉及化学热力学、化学动力学、胶体化学、有机化 学、结构化学和无机非金属材料等。就每一具体的涂覆工 艺而言，都将构成专门的理论。例如，粉体表面改性、矿 物材料的化学表面改性及其应用、溶胶-凝胶光学器件的 制造与应用、金属与陶瓷的涂覆等，但其中有些基本原理 是相互贯通的，如胶体化学、干燥、煅烧和烧结等。
溶胶-凝胶法制备的各种材料
溶胶－凝胶技术
溶胶是指有胶体颗粒分散悬浮其中的液 体，即大小在1～100nm之间的固体颗粒分 散于液体介质中所形成的多相体系。这些 固体颗粒一般由103～109个原子组成，称为 胶体。（亚稳定体系，溶质和溶剂之间存 在明显的相界面） 凝胶是指内部呈网络结构，网络间隙中 含有液体的固体。
同一溶质与不同溶剂之间，或同一溶剂 对不同溶质构成了不同的分散体系。 例如，同是氯化钠溶质，分散在水中变成 溶液，分散在苯中则变成溶胶； 对同种溶剂水，若分散的是不同溶质－氯 化钠和硫磺，则分别构成的是溶液和溶胶。 这表明溶胶的形成伴随有溶质与溶剂之间的 化学作用。
工艺过程
溶胶-凝胶法优点主要有：
1.所用原料基本上是醇盐或无机盐，易于提纯，因而所制得的 材料纯度高。 2.该法利用的是溶液中的化学反应，原料可在分子水平（或原 子水平）上混合，可实现材料化学组成的精确控制，尤其是 使微量掺杂变得容易起来。可合成高均匀性多组份凝胶，在 制备复杂组份材料时，如：多元氧化物，能达到极高的均匀 性。这一点对于制备光电通讯材料、激光材料、电子陶瓷和 高温结构陶瓷材料尤为重要。 3.可控制凝胶的微观结构，可对干凝胶的密度、比表面积、孔 容、孔分布等进行调节。
4.热处理温度低，由于溶胶－凝胶法制备的凝胶前躯体具有高 度的均匀性和特殊的微观结构，使后续的热处理过程可以在 很低的温度下进行。 例如：由凝胶制备玻璃，其热处理温度在Tg附近，大大低于相 应玻璃的熔融温度。对于陶瓷材料也是如此，纯Al2O3的烧 成温度需在1900 度左右，而用溶胶-凝胶法制备Al2O3薄膜 时，热处理温度只需1050 度即可。
5.利用溶胶-凝胶法可合成利用传统
方法所得不到的材料。由于 溶胶-凝胶法可通过凝胶的低温处理得到所需产物，因此， 在一些传统方法难以制备的复合氧化物，高Tc氧化物 （La2CuO4及YBaCu3O7 ）超导材料的合成中具有极大的 优势。
缺点:
１．凝胶化、干燥、热处理很费时间，在制备薄膜时需 多次涂覆，间歇操作且过程周期很长。 ２．产物中往往含有较多的水分和有机物，在干燥和热 处理阶段失重较多，易发生破裂。
溶胶稳定机制：
1. 胶体稳定的DLVO理论： （1） 双电层与 ζ电位； （2） 颗粒间的范德华力； （3） 双电层的静电排斥能； （4）粒子间总的相互作用力。 2. 溶胶稳定机制： （1） 使胶粒带表面电荷；
（2） 利用空间位阻效应；
（3）利用溶剂化效应。
溶胶凝胶合成中的主要化学问题
由金属盐类合成溶胶，存在着两种化学反应机 理。首先是水解-缩聚反应，其次是沉淀-胶溶反 应。这取决于溶液的酸度条件。 在通常的水溶液中，金属离子可能有三 种配体：
金属离子水溶液的结构通式
无机盐溶液的水解反应
金属离子带有高价的正电荷Mz+，或高的电荷密度， 水溶液种存在H+,OH-,H3O+，在水溶液中发生水化 反应。按电荷迁移大小，溶剂化分子发生如下变化：
水合离合 M z H 2 O M(H 2 O) z
M(H 2 O) z M－OH (z－1) H ＋ M O (z 2) 2H
上述水解反应的产物，在一定酸度条件下会发生 缩聚反应而形成多核络合物。这是因为已与一个 金属离子结合着的氢氧根或氧基，仍保留一部分 络合能力，还能取代与其他一个金属离子络合的 H2O，而将两个金属离子联系起来。
无机盐的聚合
O —M ＋
O M—
O M O O —M －O— M O M
O —M O ＋
O M—
－M—OH ＋ —M—OH → —M—O－M—OH ＋ H+
反应与溶液的pH值有紧密关系：
例如对于V5＋，在不同pH值下形成不同 的金属多聚体 pH＝11时， V2O74－； pH＝7时， V4O124－
金属醇盐的水解与聚合
金属烷氧基化合物（M(OR)n Alkoxide）是 溶胶-凝胶合成中常用的反应物，几乎所有 金属(包括镧系金属)均可形成这类化合物。 M(OR)，与水充分反应可形成氧化物或水合 氧化物：
聚合的3种形式
凝胶化
凝胶是由胶凝作用或胶凝反应得到的产物。 溶胶变成凝胶，伴随有显著的结构变化和化 学变化；胶粒相互作用变成骨架或网架结构 ，失去流动性；而溶剂的大部分依然在凝胶 骨架中保留，尚能自由流动。这种特殊的网 架结构，赋予凝胶以特别发达的比表面积， 以及良好的烧结活性。
凝胶与沉淀反应，在结构方面有着很大区别 ，因而它们的性能也不一样。从宏观比
较， 凝胶属半固态物质，沉淀属固态物质。
醇盐水解过程的关键因素
在醇盐控制的sol-gel过程中，为获得稳定的 溶胶，醇盐与水的摩尔比、溶剂种类与用量 、酸碱催化剂量和各种组分的加入顺序以及 温度都是关键因素。研究表明，为形成透明 的稳定溶胶，水浓度有一定的范围，而在一 定水浓度情况下，形成溶胶也有一定的酸度 范围。
Si(OEt)4
加入 H20， HCl 醇溶液(室温) Si(OEt)4，H2O，HCl，EtOH
80℃放置 60℃放置 粘稠溶液 涂 膜
温室抽丝
块状凝胶
凝胶纤维
凝胶薄膜
缓慢加热至 900℃
400-800℃加热
500℃加热
SiO2 块状玻璃
SiO2 玻璃纤维
玻璃态薄膜
图 2-1
以 Si(OEt)4 为原料的各种 SiO2 材料的制备途径
例Sol-Gel法制备Al2O3超细粉
在溶剂－凝胶工艺中最初形成的纳米结构往往只 是中间体，还需要通过后续的热处理工艺才能获 得最终所需晶相的材料。目前利用这种方法已经 制备了TiO2，ZnO，WO3，SnO2等材料体系的纳米 管结构 ，2005年，张立德等利用改进的溶胶－凝 胶方法，在AAO膜孔中制备了Eu2O3，ZnO纳米线和 纳米管阵列。
以二氧化钛复合粉末为例：
正硅酸乙酯 无水乙醇
TiO2包覆SiO2
水浴
氨水
凝胶 干燥 胶体
pH值(6～7)
pH值(1～2)
胶体
干燥 磨碎、超 声分散
28
浓HCl
凝胶
2014-3-3
钛酸四正丁酯、冰乙酸、 去离子水
以二氧化钛粉末为例：
玻璃/镜面表面涂层减反射（TiO2－SiO2）
驱雾自洁涂层（Al2O3－TiO2）
光诱导亲水性：经紫外线照射的TiO2具有超亲
水性，使水在其表面完全散开而不是保留成水
滴样——用于镜子、窗户玻璃、汽车挡风玻璃
防雾（antifogging）
2014-3-3 29
二氧化钛粉末
无毒，化学稳定性和热稳定性好
纳米TiO2是一种广泛使用的无机紫外屏蔽物质 ，可吸收和散射紫外线
粒径越小对紫外线的吸收能力越强
2014-3-3
30
二氧化钛复合粉末
纳米TiO2/微米SiO2复合粒子
SiO2白色、无毒、无味，安定性高，能在肌肤
上降低表面张力，具有良好的防水耐水等特性 ，广泛用作化妆品原料。
可提高Ti02的折射率而提高化妆品的防晒性能 ，又能改善使用时的肌肤感觉。
2014-3-3 31
神奇的二氧化钛粉末
采用溶胶凝胶法（sol－gel）制备的纳米TiO2/ 微米SiO2复合粒子的光催化活性和紫外透过能
力比相应的Ti02粒子下降了80%左右，更适用
于制备防晒化妆品
2014-3-3
32
神奇的二氧化钛粉末
纸张的填料：纳米TiO2/微米SiO2复合浆料 增白、减油污
增加油墨吸附量（ SiO2能降低表面张力）
100ml/100g
2014-3-3
150～180ml/100g
33
神奇的二氧化钛粉末
TiO2怎么做?—— sol-gel method 制备纳米粉体的一种
重要方法。反应中各
组分的混合在分子间进行，因而产物粒径
小、均匀性高。另外，反应在低温进行，
避免高温杂相的出现
2014-3-3 34
实验原理
钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含 钛离子溶胶
Ti(O-C4H9)4 + 4H2O Ti(OH)4 + 4C4H9OH
含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相 互作用形成复杂的网状基团，最后形成稳定 凝胶
Ti(OH)4+Ti(O-C4H9)4 Ti(OH)4 + Ti(OH)4 2TiO2 + 4C4H9OH 2TiO2 + 4H2O
仪器及试剂
试剂 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。
仪器 恒温磁力搅拌器，搅拌子，三口瓶(250 mL)，恒压 漏斗(50 mL)，量筒(10 mL, 50 mL)，烧杯(100 mL)
实验步骤
纳米二氧化钛的制备
10mL钛酸丁酯+无水乙醇
搅拌
80℃烘干
无色凝胶 40℃水浴加热
无水乙醇＋蒸馏水＋冰醋酸
热处理 二氧化钛粉体
二氧化钛粉末
钛酸四正丁酯
无水乙醇 去离子水 无水乙醇
剧烈搅拌10min 剧烈搅拌 均匀淡黄色透 明液 均匀透明凝胶
干燥 研磨
浓HCl
pH值(2～3)
淡黄色晶体
2014-3-3
500℃煅烧2h
38
白色TiO2粉末
实验步骤
催化降解甲基橙水溶液
配制起始浓度分别为20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、60 mg/L的甲基橙水溶液250 mL。 将甲基橙水溶液置于500 mL烧杯中，同时加入0. 05 g纳米二氧化钛，磁力搅拌，光化学灯（紫外 灯，290 nm）从上方辐照。 每隔10 min取样10 mL离心分离，取上层清液用 分光光度法测定其浓度。
实验步骤
X射线衍射(XRD)的测定
X射线衍射(XRD)谱图
图1 X射线衍射谱图
弥散强化复合材料制备
Al2O3/Cu复合材料是以Al2O3颗粒为强化相的铜基 复合材料。 Al2O3尺寸稳定，坚硬，物理化学性 质具有良好的热稳定性。细小坚硬的Al2O3颗粒弥 散分布在铜的基体上，阻碍了位错的运动，起到 牢固的钉扎作用，大大提高了基体的室温与高温 强度和硬度。弥散强化铜的发展主要是制备技术 的发展。弥散强化铜制备技术的关键是如何获得 超细强化微粒均匀分布在高导电的纯铜基体之上 ，以获得高弥散强化效果的高导电铜基复合材料 。
化学共沉淀以及还原法是将铜与弥散强化相 组元如Zr和Al或Zr与Al的盐溶液或氧化物溶 胶，用沉淀剂使它们共沉淀,并热解得到极均 匀的混合氧化物,再通过H2还原，得到在被还 原的铜基体中均匀弥散的难熔氧化物微粒 (Al2O3 、MgO、ThO2、HfO2、ZrO2)；
溶胶-凝胶法
此法制取氧化铝弥散铜复合粉末的流程为：取适 量的Al（NO3）3·9H2O加入蒸馏水中制得Al（NO3 ）3水溶液，将氨水逐滴滴入并剧烈搅拌，使溶液 至pH=9，相当于含有2.7%体积分数的Al2O3。为防 止胶体颗粒的凝聚，加入适量的胶体分散
剂聚乙 醇，则可得到乳白色溶胶： Al（NO3）3 +3NH4OH→Al（OH）3+3NH4NO3 再将铜粉缓慢加入溶胶，搅拌，静置30min，得到 铜与氢氧化铝湿凝胶的混合物。将该混合物放入 球磨机中进行湿粉球磨4～5ｈ，然后在室温下干 燥即可制得超细Al2O3弥散强化铜复合粉末。
采用雾化Cu-Al合金粉末辅以CuO粉末作为 氧源，在约875℃进行内氧化，内氧化完成 后的粉末装入Cu包套中在约925℃下挤压成 材。在现阶段，此法也是主要的弥散强化 Cu - Al2O3合金生产技术；
机械合金化主要用于制备氧化物弥散强化（ ODS） 复合材料。机械合金化采用高能球磨机使铜粉与 细小的氧化铝粒子混合、破碎、变形，直至形成 Al2O3与Cu的机械混合粉末，并使Al2O3均匀分布， 但所得到的复合粉末容易受到污染，制品晶粒较 大，制品性能难以进一步提高。
弥散强化材料（内氧化法弥散强化铜）
氧化铝弥散强化铁微观结构
制备方法的选择原则
1、最低的成本 2、粉末的性能最优 即：选择满足应用前提下较低成本的方法。
任何一个工厂都要保证生产和扩大再生产。没有最低 的成本，就不能盈利。也就无法使生产顺利进行，更谈不 上扩大再生产。因而要有最低的成本来保证。评论产品质 量好坏，就是指生产出的粉末性能如何！
因为粉末的性能决定了粉末冶金制品能否具有一定的 物理，化学及力学性能，甚至于其它的特殊性能等。为此 我们将从众多的粉末生产方法中来选定我们认为适合上述 二原则的方法。
第三章 溶胶－凝胶 Sol-Gel
溶胶-凝胶法是一种典型的软化学合成路线，它的历史可 以追溯到19世纪，但20世纪80年代以来，由于溶胶-凝胶法 在制备性能优良的陶瓷粉体、涂层、玻璃及复合材料方面 的成功应用，它将过去各自独立的陶瓷，玻璃、纤维和薄 膜技术纳入统一的一种工艺过程之中，因而，越来越受到 重视。 溶胶-凝胶工艺的特点之一是属于多种学科的交叉，其 中主要涉及化学热力学、化学动力学、胶体化学、有机化 学、结构化学和无机非金属材料等。就每一具体的涂覆工 艺而言，都将构成专门的理论。例如，粉体表面改性、矿 物材料的化学表面改性及其应用、溶胶-凝胶光学器件的 制造与应用、金属与陶瓷的涂覆等，但其中有些基本原理 是相互贯通的，如胶体化学、干燥、煅烧和烧结等。
溶胶-凝胶法制备的各种材料
溶胶－凝胶技术
溶胶是指有胶体颗粒分散悬浮其中的液 体，即大小在1～100nm之间的固体颗粒分 散于液体介质中所形成的多相体系。这些 固体颗粒一般由103～109个原子组成，称为 胶体。（亚稳定体系，溶质和溶剂之间存 在明显的相界面） 凝胶是指内部呈网络结构，网络间隙中 含有液体的固体。
同一溶质与不同溶剂之间，或同一溶剂 对不同溶质构成了不同的分散体系。 例如，同是氯化钠溶质，分散在水中变成 溶液，分散在苯中则变成溶胶； 对同种溶剂水，若分散的是不同溶质－氯 化钠和硫磺，则分别构成的是溶液和溶胶。 这表明溶胶的形成伴随有溶质与溶剂之间的 化学作用。
工艺过程
溶胶-凝胶法优点主要有：
1.所用原料基本上是醇盐或无机盐，易于提纯，因而所制得的 材料纯度高。 2.该法利用的是溶液中的化学反应，原料可在分子水平（或原 子水平）上混合，可实现材料化学组成的精确控制，尤其是 使微量掺杂变得容易起来。可合成高均匀性多组份凝胶，在 制备复杂组份材料时，如：多元氧化物，能达到极高的均匀 性。这一点对于制备光电通讯材料、激光材料、电子陶瓷和 高温结构陶瓷材料尤为重要。 3.可控制凝胶的微观结构，可对干凝胶的密度、比表面积、孔 容、孔分布等进行调节。
4.热处理温度低，由于溶胶－凝胶法制备的凝胶前躯体具有高 度的均匀性和特殊的微观结构，使后续的热处理过程可以在 很低的温度下进行。 例如：由凝胶制备玻璃，其热处理温度在Tg附近，大大低于相 应玻璃的熔融温度。对于陶瓷材料也是如此，纯Al2O3的烧 成温度需在1900 度左右，而用溶胶-凝胶法制备Al2O3薄膜 时，热处理温度只需1050 度即可。
5.利用溶胶-凝胶法可合成利用传统
方法所得不到的材料。由于 溶胶-凝胶法可通过凝胶的低温处理得到所需产物，因此， 在一些传统方法难以制备的复合氧化物，高Tc氧化物 （La2CuO4及YBaCu3O7 ）超导材料的合成中具有极大的 优势。
缺点:
１．凝胶化、干燥、热处理很费时间，在制备薄膜时需 多次涂覆，间歇操作且过程周期很长。 ２．产物中往往含有较多的水分和有机物，在干燥和热 处理阶段失重较多，易发生破裂。
溶胶稳定机制：
1. 胶体稳定的DLVO理论： （1） 双电层与 ζ电位； （2） 颗粒间的范德华力； （3） 双电层的静电排斥能； （4）粒子间总的相互作用力。 2. 溶胶稳定机制： （1） 使胶粒带表面电荷；
（2） 利用空间位阻效应；
（3）利用溶剂化效应。
溶胶凝胶合成中的主要化学问题
由金属盐类合成溶胶，存在着两种化学反应机 理。首先是水解-缩聚反应，其次是沉淀-胶溶反 应。这取决于溶液的酸度条件。 在通常的水溶液中，金属离子可能有三 种配体：
金属离子水溶液的结构通式
无机盐溶液的水解反应
金属离子带有高价的正电荷Mz+，或高的电荷密度， 水溶液种存在H+,OH-,H3O+，在水溶液中发生水化 反应。按电荷迁移大小，溶剂化分子发生如下变化：
水合离合 M z H 2 O M(H 2 O) z
M(H 2 O) z M－OH (z－1) H ＋ M O (z 2) 2H
上述水解反应的产物，在一定酸度条件下会发生 缩聚反应而形成多核络合物。这是因为已与一个 金属离子结合着的氢氧根或氧基，仍保留一部分 络合能力，还能取代与其他一个金属离子络合的 H2O，而将两个金属离子联系起来。
无机盐的聚合
O —M ＋
O M—
O M O O —M －O— M O M
O —M O ＋
O M—
－M—OH ＋ —M—OH → —M—O－M—OH ＋ H+
反应与溶液的pH值有紧密关系：
例如对于V5＋，在不同pH值下形成不同 的金属多聚体 pH＝11时， V2O74－； pH＝7时， V4O124－
金属醇盐的水解与聚合
金属烷氧基化合物（M(OR)n Alkoxide）是 溶胶-凝胶合成中常用的反应物，几乎所有 金属(包括镧系金属)均可形成这类化合物。 M(OR)，与水充分反应可形成氧化物或水合 氧化物：
聚合的3种形式
凝胶化
凝胶是由胶凝作用或胶凝反应得到的产物。 溶胶变成凝胶，伴随有显著的结构变化和化 学变化；胶粒相互作用变成骨架或网架结构 ，失去流动性；而溶剂的大部分依然在凝胶 骨架中保留，尚能自由流动。这种特殊的网 架结构，赋予凝胶以特别发达的比表面积， 以及良好的烧结活性。
凝胶与沉淀反应，在结构方面有着很大区别 ，因而它们的性能也不一样。从宏观比
较， 凝胶属半固态物质，沉淀属固态物质。
醇盐水解过程的关键因素
在醇盐控制的sol-gel过程中，为获得稳定的 溶胶，醇盐与水的摩尔比、溶剂种类与用量 、酸碱催化剂量和各种组分的加入顺序以及 温度都是关键因素。研究表明，为形成透明 的稳定溶胶，水浓度有一定的范围，而在一 定水浓度情况下，形成溶胶也有一定的酸度 范围。
Si(OEt)4
加入 H20， HCl 醇溶液(室温) Si(OEt)4，H2O，HCl，EtOH
80℃放置 60℃放置 粘稠溶液 涂 膜
温室抽丝
块状凝胶
凝胶纤维
凝胶薄膜
缓慢加热至 900℃
400-800℃加热
500℃加热
SiO2 块状玻璃
SiO2 玻璃纤维
玻璃态薄膜
图 2-1
以 Si(OEt)4 为原料的各种 SiO2 材料的制备途径
例Sol-Gel法制备Al2O3超细粉
在溶剂－凝胶工艺中最初形成的纳米结构往往只 是中间体，还需要通过后续的热处理工艺才能获 得最终所需晶相的材料。目前利用这种方法已经 制备了TiO2，ZnO，WO3，SnO2等材料体系的纳米 管结构 ，2005年，张立德等利用改进的溶胶－凝 胶方法，在AAO膜孔中制备了Eu2O3，ZnO纳米线和 纳米管阵列。
以二氧化钛复合粉末为例：
正硅酸乙酯 无水乙醇
TiO2包覆SiO2
水浴
氨水
凝胶 干燥 胶体
pH值(6～7)
pH值(1～2)
胶体
干燥 磨碎、超 声分散
28
浓HCl
凝胶
2014-3-3
钛酸四正丁酯、冰乙酸、 去离子水
以二氧化钛粉末为例：
玻璃/镜面表面涂层减反射（TiO2－SiO2）
驱雾自洁涂层（Al2O3－TiO2）
光诱导亲水性：经紫外线照射的TiO2具有超亲
水性，使水在其表面完全散开而不是保留成水
滴样——用于镜子、窗户玻璃、汽车挡风玻璃
防雾（antifogging）
2014-3-3 29
二氧化钛粉末
无毒，化学稳定性和热稳定性好
纳米TiO2是一种广泛使用的无机紫外屏蔽物质 ，可吸收和散射紫外线
粒径越小对紫外线的吸收能力越强
2014-3-3
30
二氧化钛复合粉末
纳米TiO2/微米SiO2复合粒子
SiO2白色、无毒、无味，安定性高，能在肌肤
上降低表面张力，具有良好的防水耐水等特性 ，广泛用作化妆品原料。
可提高Ti02的折射率而提高化妆品的防晒性能 ，又能改善使用时的肌肤感觉。
2014-3-3 31
神奇的二氧化钛粉末
采用溶胶凝胶法（sol－gel）制备的纳米TiO2/ 微米SiO2复合粒子的光催化活性和紫外透过能
力比相应的Ti02粒子下降了80%左右，更适用
于制备防晒化妆品
2014-3-3
32
神奇的二氧化钛粉末
纸张的填料：纳米TiO2/微米SiO2复合浆料 增白、减油污
增加油墨吸附量（ SiO2能降低表面张力）
100ml/100g
2014-3-3
150～180ml/100g
33
神奇的二氧化钛粉末
TiO2怎么做?—— sol-gel method 制备纳米粉体的一种
重要方法。反应中各
组分的混合在分子间进行，因而产物粒径
小、均匀性高。另外，反应在低温进行，
避免高温杂相的出现
2014-3-3 34
实验原理
钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含 钛离子溶胶
Ti(O-C4H9)4 + 4H2O Ti(OH)4 + 4C4H9OH
含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相 互作用形成复杂的网状基团，最后形成稳定 凝胶
Ti(OH)4+Ti(O-C4H9)4 Ti(OH)4 + Ti(OH)4 2TiO2 + 4C4H9OH 2TiO2 + 4H2O
仪器及试剂
试剂 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。
仪器 恒温磁力搅拌器，搅拌子，三口瓶(250 mL)，恒压 漏斗(50 mL)，量筒(10 mL, 50 mL)，烧杯(100 mL)
实验步骤
纳米二氧化钛的制备
10mL钛酸丁酯+无水乙醇
搅拌
80℃烘干
无色凝胶 40℃水浴加热
无水乙醇＋蒸馏水＋冰醋酸
热处理 二氧化钛粉体
二氧化钛粉末
钛酸四正丁酯
无水乙醇 去离子水 无水乙醇
剧烈搅拌10min 剧烈搅拌 均匀淡黄色透 明液 均匀透明凝胶
干燥 研磨
浓HCl
pH值(2～3)
淡黄色晶体
2014-3-3
500℃煅烧2h
38
白色TiO2粉末
实验步骤
催化降解甲基橙水溶液
配制起始浓度分别为20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、60 mg/L的甲基橙水溶液250 mL。 将甲基橙水溶液置于500 mL烧杯中，同时加入0. 05 g纳米二氧化钛，磁力搅拌，光化学灯（紫外 灯，290 nm）从上方辐照。 每隔10 min取样10 mL离心分离，取上层清液用 分光光度法测定其浓度。
实验步骤
X射线衍射(XRD)的测定
X射线衍射(XRD)谱图
图1 X射线衍射谱图
弥散强化复合材料制备
Al2O3/Cu复合材料是以Al2O3颗粒为强化相的铜基 复合材料。 Al2O3尺寸稳定，坚硬，物理化学性 质具有良好的热稳定性。细小坚硬的Al2O3颗粒弥 散分布在铜的基体上，阻碍了位错的运动，起到 牢固的钉扎作用，大大提高了基体的室温与高温 强度和硬度。弥散强化铜的发展主要是制备技术 的发展。弥散强化铜制备技术的关键是如何获得 超细强化微粒均匀分布在高导电的纯铜基体之上 ，以获得高弥散强化效果的高导电铜基复合材料 。
化学共沉淀以及还原法是将铜与弥散强化相 组元如Zr和Al或Zr与Al的盐溶液或氧化物溶 胶，用沉淀剂使它们共沉淀,并热解得到极均 匀的混合氧化物,再通过H2还原，得到在被还 原的铜基体中均匀弥散的难熔氧化物微粒 (Al2O3 、MgO、ThO2、HfO2、ZrO2)；
溶胶-凝胶法
此法制取氧化铝弥散铜复合粉末的流程为：取适 量的Al（NO3）3·9H2O加入蒸馏水中制得Al（NO3 ）3水溶液，将氨水逐滴滴入并剧烈搅拌，使溶液 至pH=9，相当于含有2.7%体积分数的Al2O3。为防 止胶体颗粒的凝聚，加入适量的胶体分散
剂聚乙 醇，则可得到乳白色溶胶： Al（NO3）3 +3NH4OH→Al（OH）3+3NH4NO3 再将铜粉缓慢加入溶胶，搅拌，静置30min，得到 铜与氢氧化铝湿凝胶的混合物。将该混合物放入 球磨机中进行湿粉球磨4～5ｈ，然后在室温下干 燥即可制得超细Al2O3弥散强化铜复合粉末。
采用雾化Cu-Al合金粉末辅以CuO粉末作为 氧源，在约875℃进行内氧化，内氧化完成 后的粉末装入Cu包套中在约925℃下挤压成 材。在现阶段，此法也是主要的弥散强化 Cu - Al2O3合金生产技术；
机械合金化主要用于制备氧化物弥散强化（ ODS） 复合材料。机械合金化采用高能球磨机使铜粉与 细小的氧化铝粒子混合、破碎、变形，直至形成 Al2O3与Cu的机械混合粉末，并使Al2O3均匀分布， 但所得到的复合粉末容易受到污染，制品晶粒较 大，制品性能难以进一步提高。
弥散强化材料（内氧化法弥散强化铜）
氧化铝弥散强化铁微观结构
制备方法的选择原则
1、最低的成本 2、粉末的性能最优 即：选择满足应用前提下较低成本的方法。
任何一个工厂都要保证生产和扩大再生产。没有最低 的成本，就不能盈利。也就无法使生产顺利进行，更谈不 上扩大再生产。因而要有最低的成本来保证。评论产品质 量好坏，就是指生产出的粉末性能如何！
因为粉末的性能决定了粉末冶金制品能否具有一定的 物理，化学及力学性能，甚至于其它的特殊性能等。为此 我们将从众多的粉末生产方法中来选定我们认为适合上述 二原则的方法。