《Introduction to Sol-Gel Processing (2nd Edition)》书评

华南理工大学化学与化工学院 孙志红

一、概述

《Introduction to Sol-Gel Processing》第二版由施普林格出版社出版于2020年，在1998年出版的版本上增加了最新的应用进展和表征方法，作者为Alain C. Pierre。本书全面系统地介绍了溶胶-凝胶技术，可作为无机化学和材料科学学科的本科生和研究生教材。

二、内容简介

溶胶-凝胶法是一种用于制备无机材料或无机-有机杂化材料的化学工艺。该方法通过将前驱体溶液转化为溶胶，再经过凝胶化过程形成凝胶，最终通过干燥和热处理获得所需材料。溶胶-凝胶法广泛应用于制备陶瓷、玻璃、薄膜、纤维和纳米颗粒等材料。本书围绕溶胶-凝胶的工艺过程展开，全书共分为14章，第1章概述了胶体的基本概念和本书架构，第2-4章分别介绍了金属氧化物、醇盐氧化物和非氧化物的溶胶-凝胶化学，第5章介绍了纳米颗粒的成核和生长，第6-7章介绍了溶胶化作用和成胶机理，第8和9章分别介绍了湿凝胶和干凝胶的特性，第10和11章介绍了杂化和以表面活性剂为模板的溶胶-凝胶材料，第12和13章介绍了热处理过程的相变和烧结过程，最后一章总结了最新的应用进展。

第1章 概述

本章介绍了胶体科学的发展历程和溶胶、凝胶以及成胶的基本概念，并简要介绍了溶胶-凝胶法的应用、优势和局限。

第2章 金属盐（氧化物前驱体）的溶胶-凝胶化学

本章主要介绍了以金属盐为氧化物前驱体，在合适溶剂中通过前驱体水解、缩合和复合形成凝胶的化学过程，并简要介绍了不同价态金属的溶胶-凝胶行为和金属盐混合模型。

第3章 醇盐氧化物的溶胶-凝胶化学

本章主要介绍了醇盐氧化物的结构、性质、化学特性和溶胶-凝胶化学过程（水解和缩合），列举了一系列不同金属醇盐的溶胶-凝胶化学过程，并具体介绍了烷氧基硅烷、其他前驱体以及混合和非水解过程。

第4章 非氧化物的溶胶-凝胶化学

本章主要介绍了硫化物和氟化物的溶胶-凝胶合成方法，并介绍了包含硅碳键和硅氮键的陶瓷前驱体聚合物，最后介绍了有机凝胶、碳凝胶和石墨烯凝胶。

第5章 纳米粒子的形成

本章详细阐述了固体粒子的成核机理和晶体生长动力学，并举例进一步说明了通过前驱体溶液的成核和生长制备单分散固体颗粒和量子点，本章最后简要介绍了通过其他溶液加工技术或者物理过程制备纳米粒子的方法。

第6章 胶体溶胶的胶溶作用

胶溶作用是指通过加入电解质或者其他化学物质，使沉淀物或凝胶分散成胶体溶液的过程。本章详细介绍了与溶胶稳定性相关的动力学、主要作用力和稳定原理，并介绍了凝固动力学、其他DLVO扩展理论和平均场势模拟，最后简要介绍了溶胶分层、熟化和形成液晶等其他现象。

第7章 成胶

成胶是指溶胶或者溶液形成凝胶的过程。本章主要从理论角度详细阐述了成胶的渗流和生长模型以及DLVO理论，紧接着介绍了通过流变测试、振动光谱、小角X射线散射、核磁、显微技术和计算模拟等方法研究成胶过程，本章最后总结了无机溶胶材料转变成凝胶的机制。

第8章 湿凝胶及其干燥

本章首先介绍了凝胶的分类，湿凝胶的性质、可逆膨胀、收缩和熟化，然后介绍了湿凝胶的几种干燥方法，包括溶剂挥发、超临界干燥、常压干燥、亚临界干燥、冷冻干燥和液液萃取干燥。

第9章 干凝胶

本章主要介绍了干凝胶的重要性质，包括多孔结构、吸附等温线、晶体结构和表面特性，并列举了氧化物和有机凝胶进行进一步说明，本章最后简要介绍了干凝胶的导热性和机械性能。

第10章 有机-无机杂化复合材料

本章主要介绍了有机-无机杂化溶胶-凝胶材料，根据有机和无机成分连接键的强弱分为I型和II型，并给出了杂化凝胶的例子，本章最后简要介绍了杂化凝胶的机械性能、比表面积和导热性。

第11章 表面活性剂模板的溶胶-凝胶材料

本章首先介绍了液/气和液/液界面的溶质吸附机理，紧接着介绍了表面活性剂的分类和聚集，并介绍了基于表面活性剂合成的有序介孔材料及其结构特性。

第12章 相变

本章主要介绍了凝胶在热处理过程中随温度升高的相变过程，包括在许蒂希（Hüttig）温度区间涉及的脱水、化学转变、结晶、形成玻璃态的过程和高于塔曼（Tammann）温度区间涉及的亚稳态分解、热力学稳定相的形成、结晶和生成非氧化物的相变过程。

第13章 烧结溶胶-凝胶陶瓷

本章主要介绍了烧结过程中的织构演变机理、原子传输机理、晶粒生长和孔的相互作用，并简要介绍了热压技术和电场作用下的陶瓷烧结。

第14章 溶胶-凝胶法的应用

本章主要总结了溶胶-凝胶法在涂层与薄膜、纤维、过滤膜、隔热隔音材料、光学材料、电子材料、环境治理材料、催化剂和生物材料方向的应用。

本书的编写特点体现在以下几个方面：（1）内容系统全面，涵盖了溶胶-凝胶的形成和相变机理、结构特性、制备和表征方法以及应用，理论与实际应用相结合，兼具深度和广度；（2）排版清晰合理，各章内容围绕溶胶-凝胶的工艺过程展开，相互联系，内在逻辑性强；（3）在保留基本原理和概念的基础上，突出强调了最新的应用进展和表征方法，并提供了翔实的参考文献。总体而言，本书是溶胶和凝胶研究领域非常优秀的教材，对于从事表面活性剂、陶瓷甚至生物和光电材料制备的研究人员有很高的参考价值。

本馆馆藏索书号：O648.1/P622/E.2，馆藏地：华南理工大学-五山校区-外文图书区