溶胶凝胶技术

溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。溶胶是一种胶状悬浮液，可借由胶化作用得到固体，而凝胶则是介于固体与液体之间的状态。其产生的多孔性凝胶可借由化学方法的纯化以及高温火烧，得到高纯度的氧化物。借由添加一些掺杂，该凝胶也可用来制造特殊的玻璃。在制陶工业中，它被拿来当作熔模铸造的原料，也被拿来当作是制作金属氧化物薄膜的一种方法。由溶胶凝胶法衍伸出来的材料在各个领域都有多项应用，包括光学、电子学、能量、太空、感应等等。溶胶凝胶法是一种制造陶瓷和玻璃的低温湿化学合成法，而这个方法包含了系统的液相（溶胶）到固相（凝胶）的转换，它有各式各样的应用；举凡Ultra-fine陶瓷粉、大型制陶及制玻璃业、陶瓷纤维、无机薄膜、气凝胶。由于溶胶凝胶化学在许多方面都有长足的进展，所以世界各地的科学家都致力于运用溶胶凝胶法制造极轻材料和极坚硬的陶瓷。溶胶的原料是易于水解的金属化合物（通常为无机金属盐或金属醇盐）悬浮在某种溶剂中。在典型的溶胶凝胶法中，反应物会有一连串的水解反应及聚合反应，生成胶体悬浮液，而其中的物质会凝结成新的相──含有固体高分子的溶剂，此即凝胶。最初的溶胶凝胶法可以回溯到七十年前，Geffcken所做的实验。西元一九三九年，他在德国肖特集团工作时第一次利用溶胶凝胶法，成功地在窗框上了镀膜，为公司申请到了专利。有关溶胶凝胶法的研究在九零年代有重大的成长，全世界已经有超过五万篇的相关论文。溶胶凝胶法最主要的应用是在制作薄膜上──利用旋转涂布法、浸入涂布法、喷雾法、电泳法、喷墨法、滚压涂布法等方法在基材表面产生薄膜。不仅能在玻璃、金属上，也能在其他各式各样的基质上生成光学镀膜、保护用镀膜、装饰用镀膜、以及制作电光材料。在浇铸入铸模时，如果另外搭配干燥或是加热的程序，可以使陶磁和玻璃物品产生其他方法无法达到的新奇特性。一些巨观光学元件和活性光学之元件，像是热镜、冷镜、透镜、分光器等等，都可以用溶胶凝胶法以快速且最低成本得到最佳外型。适当地调整溶胶的黏性，也可制造出常用于光学纤维感应器和热绝缘体的光学纤维和陶瓷防火纤维。Ultra-fine陶瓷粉或是普通陶瓷粉是由溶胶中的沉淀物所形成的。这种单或多组成的次微米物质可以运用在牙医和生医方面。不同组成的粉末也被用在农业化学和除草剂上。在许多的抛光作业中也会用作为研磨料。溶胶凝胶法另一个重要的应用是在沸石的合成上。可以让其他的成分（金属、金属氧化物）可以很容易地被混入最终产物中，且以这个方法制作出的硅质岩溶胶非常稳定。微米过滤法、超细过滤法、奈米过滤法、渗透蒸发、逆渗透时所用到的陶瓷物质，皆由溶胶凝胶法所得。若在超临界的环境下将潮湿的凝胶中的液体抽离，可以得到一高渗水性、低密度的物质，称为气凝胶。在低温（25℃~100℃）干燥凝胶，可以得到渗水性固体Matrix，称为xerogel。在50年代，在制作用于核子燃料的UO2和ThO2的放射性粉末时，为避免产生大量灰尘，也运用了溶胶凝胶法的技术。