三 溶胶-凝胶与纳米技术

溶胶由金属烷氧化物水解产生，再经过缩合聚合反应形成三维网状结构的凝胶。如正硅酸乙酯 Si（OC2H5）4 经过水解聚合反应，可在室温制得石英玻璃。溶胶-凝胶法为低温反应过程，允许大剂量掺杂无机物和有机物，可以制备高纯度和高均匀度的材料，易于加工成型，从而使这古老技术又青春焕发，为制备许多新材料开辟了途径。此法不仅在制备特殊光学玻璃和高强度陶瓷方面，而且在光学纤维、特殊薄膜、快离子导体、超导材料和生物材料等领域也得到应用，溶胶-凝胶法的优势在于从过程的初始阶段起就可在纳米尺度上控制材料的结构。

Jain 和Lind 首次报道了CdxSe1-x 掺杂的石英玻璃具有非线性光学性

质，由此引出了许多研究。最初是由 CdO、S、Se 和 SiO2 原料经熔融、淬冷和热处理等步骤，得微晶大小在 3—16nm 范围，掺杂浓度＜1％的玻璃。Nogami 等改用溶胶-凝胶法制得了 CdSe 纳米微晶掺杂的石英玻璃，由 Si

（OC2H5）4、Cd（CH3COO）2 和 H2SeO4 在 C2H5OH 溶液室温下水解聚合，由

透射电镜和 X 射线衍射得到 CdSe 粒子的分布在 3—10nm 范围。吸收光谱证实了量子尺寸效应，CdS、ZnS、PbS、ZnO 和 CuCl 等微晶掺杂的玻璃也用相同方法制得。

Bagnall 和 Zarzycki 在溶胶-凝胶过程中采用超声技术，可产生孔更小、分布更窄的凝胶，可制得更小的微晶粒子。溶胶-凝胶法可制备纳米微孔和组分可调的玻璃，这为实现裁剪玻璃的滤光性能提供了机会。

60 年代末 Hench 用熔融法制出了 CaO－Na2O-SiO2-P2O5 玻璃，并发现这类材料具有与骨骼键合的能力，揭开了生物玻璃研究的序幕。近来已用溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃陶瓷，与传统的方法相比，除溶胶-凝胶法易加工成型，产物纯度高、均匀性好外，还可通过分子反应过程控制粒子大小、形状和微孔结构，估计伴随生物过程或仿生技术的发展， 该法在生物材料的研制中将会取得更大的优势。

骨骼、牙、贝壳、珍珠及海胆等生物硬组织可以认为就是生物陶瓷。

这些硬组织含有很高的陶瓷成分，如珍珠和牙等的矿物成分高达 95％， 高分子分布在陶瓷颗粒间界处。粒子在有序的有机相控制下沉淀生长， 从而获得精细的超结构。因此，生物陶瓷是一种纳米复合材料， MarkCalvert，Aksay 和 Mann 等以高分子做模板，经溶胶-凝胶过程原位沉积陶瓷粒子，借以控制超微结构，如正硅酸酯在聚丙烯胺的水凝胶中扩散与水解，形成纳米硅酸盐超结构，这是模拟生物过程，制取生物材料或其他材料的仿生事例之一，这方面的工作无疑将会是材料科学的一个前沿。