溶胶-凝胶化学与无机-有机杂化高聚物材料的合成① 黄智华 丘坤元

（北京大学化学与分子工程学院 100871） 一 前 言

溶胶-凝胶过程提供了一种常温、常压下合成无机陶瓷、玻璃等材料的方法。材料的溶胶-凝胶过程可以追溯到 1864 年法国化学家 J.Ebelman 等的发现。他们发现四乙氧基硅烷（TEOS）在酸性条件下水解成二氧化硅，从而得到了“玻璃状”材料。通过所形成的凝胶（gel）可以进行抽丝、形成块状透明光学棱镜或形成复合材料。但是为了避免凝胶干裂成粉末而采取长达 1 年之久的陈化、干燥过程使得这种方法难以得到广泛的应用。

直到 1950 年，Roy 等人改变传统的方法将溶胶-凝胶过程应用到合成新型陶瓷氧化物，以及 Iler 等人的工作，使得溶胶-凝胶过程合成的硅氧化物粉末在商业上得到了广泛的应用。经过长期研究，对 TEOS 水解后得到的粉末的形态和颗粒的大小均可以控制，甚至通过溶胶-凝胶过程可以制备纳米级的均匀颗粒，从而得到在光电子学应用上的新型材料。

① 刊于 1995 年第 10 卷第 5 期第 1 页

通过溶胶-凝胶过程合成无机玻璃态材料可以避免传统方法所采用的高温（高于 1400℃），还可以得到均匀的多组分体系，这用传统的高温合成后冷却的方法是得不到的。溶胶-凝胶过程是制备材料的一种新化学手段，这一过程把众多材料的制备纳入了一个统一的过程之中，例如玻璃、陶瓷、纤维和薄膜技术都已经成为溶胶-凝胶学科中的一个分支。但是，由于在干燥过程所造成的应力干裂现象而难以得到块状玻璃态物质，这个局限性使得溶胶-凝胶过程仅能应用于制备粉末材料或薄膜上。而且由于溶胶-凝胶过程得到的材料是由无机组分所组成的体系，最终产品通常既坚硬又脆，因而为了能够得到一种具有韧性的玻璃材料，人们经过长期的实验，在溶胶-凝胶过程中引入有机组分。通过化学键等将有机组分与无机组分相连，从而得到均匀的无机- 有机杂化材料

（inorganic-organic hybrid materials）。这种材料的性质根据有机相组成、反应条件和过程的不同，能在相当大的范围内变化，可以是具有韧性的无机材料，也可以是坚硬的有机材料。