2.2 低温溶胶-凝胶法合成结晶金属氧化物
低温溶胶-凝胶法的发展始于在研究硅-有机物在水和含水酒精溶液中的相转变的过程中发现 ， 胶态纳米颗粒作为一种溶胶会立即缩聚成分散相 ， 从而形成稳定的凝胶状态 。
该方法从溶液中形成结晶颗粒的过程分为三步：体系变为亚稳态 ， 晶核的出现和晶体的长大 。 其中 ， 形核和长大是决定水溶胶的最大结晶度的重要步骤 。
结晶颗粒形成过程示意图
2.2.1低温溶胶-凝胶法制备纳米磁性半导体
稀磁性半导（DMS）是自旋电子学中最具前景的材料之一 。 其中 ， 氧化锌和氧化钛立体掺杂金属得到的混合物 ， 由于其居里点接近室温故而是一类理想的且热门的磁性半导体材料 。 但是传统制造过程需要高真空度和高温加热 ， 这势必会对晶体的结构造成一定的破坏 。 低温溶胶-凝胶法可规避这一缺点 ， 其成功的关键在于形成稳定的溶胶-凝胶体系 。
该低温溶胶-凝胶法是先在硝酸环境中 ， 将Fe3O4纳米粒子溶胶上的Fe2+部分氧化成Fe3+以削弱磁性 ， 随后将改性后的磁性纳米粒子与TiO2凝胶混合 ， TiO2将包覆磁性纳米粒子 ， 且结晶态TiO2干凝胶的锐钛矿结构中Ti4+将被Fe3+取代形成Fe2TiO5固溶体 ， 从而获得稀磁性纳米粒子——Fe2TiO5+TiO2 。
其中 ， 磁性化合物的磁性减少是因为纳米粒子尺寸的减少和纳米粒子中磁性核体积的减少 。 此外 ， 合成方法的特点同样也导致这样的结果：当合成5%的复合材料时 ， 磁铁矿凝胶的合成在稀释溶液中进行 ， 这使得产生的超小型磁铁矿颗粒比在浓缩的磁铁矿悬浮溶液中合成的颗粒更小 。 这种温和的合成方法完全可以在室温下进行 ， 因此不但不会破坏半导体的结构 ， 还会使得结构更加均匀 。
Fe2TiO5固溶体形成过程
2.2.2 低温溶胶凝胶法制导电玻璃
在电子学领域 ， ITO与FTO导电玻璃兼具了高透明度和高电导率 ， 是光电学器件理想的原材料 。 但是这两种导电玻璃 ， 不仅制作成本较高而且本身具有难以克服的脆性 ， 这迫使研究者们制备出一类集透明度、导电性、柔韧性且附着力良好的新材料 。
制备思路即用溶胶-凝胶材料包封纳米银线 。 研究者先将勃姆石（一种水软铝石AlOOH）与锐钛矿（TiO2）制成晶体凝胶 ， 然后将水凝胶与纳米银线以不同的比例混合喷涂在基材上形成薄膜 。 喷覆该薄膜的导电玻璃不仅与ITO相似的电学稳定性、透光率、电导率 ， 除此之外还突破性的获得了极佳的弹性 。
该方法简单易行 ， 但值得注意的是 ， 过程中形成的纳米晶体对所成膜的性能有重要影响 。 这种方法 ， 为制作新型生物传感器（因为银和水软铝具有生物相容性）、电致变色涂料、太阳能电池模块、储能器以及冷凝器（因为AgNW@TiO2复合材料中有结晶锐钛矿TiO2）提供了新的可能 ， 这极大的拓宽了纳米晶材料的应用范畴 。
（1）纳米银线AgNW
（2）LED灯亮说明AgNW@Al2O3透明且导电
（3）AgNW@Al2O3
（4）AgNW@TiO2
从溶胶-凝胶技术的诞生到现在 ， 溶胶-凝胶技术的研究已经取得了长足的发展 ， 已从聚合物科学、物理化学、胶体化学、配位化学、金属有机化学等有关学科角度探索而建立了相应的基础理论 ， 应用技术逐步成熟 ， 应用范围不断扩大 ， 并形成了一门独立的溶胶-凝胶科学与技术的边缘学科 。 相信随着人们对溶液反应机理、凝胶结构和超微结构、凝胶向玻璃或晶态转变过程等基础研究工作的不断深入 ， 溶胶-凝胶技术将会得到更广泛的应用 。
3.小结
来源：材料人
参考文献：
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