【摘要】硅溶胶是二氧化硅的胶体分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，具有一系列优异的性能，大范围的应用于涂料、纺织等行业。本文综述了以正硅酸乙酯为原料采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶的过程及稳定性的影响因素。
硅溶胶是二氧化硅的胶体粒子分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，又名硅酸溶液或二氧化硅水溶液[1]。根据pH值的不同硅溶胶分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。其基本成分为无定型的二氧化硅，分子式mSiO2·nH2O，胶团结构如图1所示。
硅溶胶含有大量的水合胶体，这些胶体呈化学惰性，因此硅溶胶无臭、无味、无非物理性腐蚀；硅溶胶的胶团为纳米级别，具有较大的比表面积和吸附能力，使得硅溶胶具备比较好的粘结性、亲水性和憎油性。与此同时，硅溶胶还具备比较好的分散性以及良好的透光性。这一系列优异的性能使得硅溶胶得到人们的关注并大范围的应用于涂料、粘结剂、耐火绝热材料、纺织、冶金精铸、制药等行业[2-4]。
溶胶-凝胶法以金属醇盐或其化合物为原料，在酸性或碱性催化剂的作用下，进行水解缩聚反应，使溶液由溶胶变为凝胶。其制备过程是醇盐的水解与聚合同时反应的物理化学过程。
实验室利用溶胶-凝胶法制备硅溶胶一般是以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，乙醇为溶剂，酸或碱为催化剂，DMF(N-N—二甲基甲酰胺)为添加剂，去离子水，按特殊的比例混合，在一定温度下搅拌制得硅溶胶[5]。正硅酸乙酯在不同的水解条件下进行水解和缩合，得到的产物不一样。完全水解时生成二氧化硅和乙醇，不完全水解的情况下则有中间产物存在[5-12]。
根据催化剂的不同，水解反应又可分为亲电性取代和亲核性取代，当酸作催化剂时发生亲电性取代，水解速率与H+成正比，具体取代过程如下：
在酸的催化条件下，H+首先进攻正硅酸乙酯分子中的一个OR基团并使之质子化，造成电子云向该OR集团偏移，使硅原子核的另一侧面空隙加大并呈亲电子性，因此，负电性较强的阴离子得以进攻硅离子，使TEOS水解。
碱为催化剂时发生亲核性取代，其水解速率与OH-浓度成正比，具体过程如下：
OH-直接对硅原子发动亲核进攻，并导致电子云向另一侧的OR基团偏移，致使该基团的Si-O键削弱而断裂，完成水解反应[17]。
水解缩聚反应进行之后所得到的溶胶只是初步形成了网络结构，网络交联不完善，存在不稳定性，需在室温下静置一段时间后放入70℃的去离子水中进行老化[18]。
硅溶胶是一种胶体，它具有胶体溶液的一切性质，包括不稳定性。通常以硅溶胶在一定温度下不凝胶、稳定存在的时间长短为指标来评判硅溶胶稳定性的好坏。凝胶时间是指溶胶从配制完成到倾斜45°不流动所需要的时间[19-20]。
溶胶的稳定性决定于促使溶胶粒子相互聚结的粒子间相互吸引的能量和阻碍其相互聚结的相互排斥的能量这两方面的总效应。凝胶时，体系失去聚结稳定性，但宏观上胶粒仍分布于三维空间，此时硅溶胶胶粒依靠硅氧烷形成的化学键（Si-O-Si）相结合，连成极稳定的空间网络结构[21-22]。
研究表明，影响硅溶胶稳定性的因素主要有温度、pH值、去离子水用量、乙醇用量、添加剂、催化剂种类、二氧化硅粒径等。
大量实验研究表明，随着反应温度的升高，溶胶的稳定性降低。这是由于温度上升，物质的布朗运动加剧，增加了物质间相互碰撞的几率，水解和缩聚反应加快，温度上升有利于水解反应的进行，使溶胶体系含有更多的交联点，加速了粒子在溶胶体系中的熟化，与此同时，温度的升高，使溶剂挥发加快，缩聚反应产生的聚合物含量增大，促使进一步的凝胶过程进行，因而稳定性降低。有研究表明，在30℃及以下的温度制备硅溶胶较为合适，平均凝胶时间随着温度上升而缩短，并且当温度超过30℃时，溶胶稳定时间缩短速率明显变快，稳定性变差[23-24]。
正硅酸乙酯可在酸或碱的催化剂作用下发生水解和缩聚反应，根据催化剂的不同，溶胶分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。硅溶胶的稳定性与pH的关系如下图，在酸性环境中，在2＜pH＜4范围内，存在一个亚稳区，为酸性硅溶胶的制备提供给了可能；在碱性环境中，随着pH的增大，硅溶胶的稳定性逐渐增加，pH为6.3时，溶胶稳定性最差。根据胶体化学双电层理论，硅溶胶吸附层和紧密层的电位差决定着胶体的稳定性，随体系pH的变化，溶液中H+的浓度也在发生明显的变化，溶液呈酸性或碱性时，溶胶粒子表面的强电荷使得粒子间产生静电斥力，溶胶具有较高的稳定性，但当pH约为6.3时，紧密层吸附层内的电性被完全饱和，电位降到，达到了等电点，胶粒双电层消失，因此硅溶胶在该体系中极不稳定[25-26]。
有文献报道，在酸性硅溶胶中，不同酸对二氧化硅溶胶稳定性的影响大小依次为HAC>
H2SO4>
HCl>
HNO3>
HF[24]。
赵庆祥[27]通过实验发现，在酸性硅溶胶中，随pH值的增大，溶胶的稳定性先逐渐增加，随后保持稳定，最后再增加。这是因为，催化剂的增加是为增加正硅酸乙酯的水解，当氢离子较多时，正硅酸乙酯都得到了充分的水解，使得每个原硅酸分子都可作为成核物质进行缩合，从而使溶胶稳定性增加。
高建东等[28]对碱性催化剂作用下的水解缩合进行了研究，发现碱性催化剂下进行的水解缩合，反应剧烈且随着反应的进行，体系越来越向酸性方向进行，使得溶胶体系的稳定性降低，其所得溶胶液没办法得到有效存储。
在制备二氧化硅溶胶的过程中，水既以溶剂的形式存在，又以反应物的形式存在。用水量对溶胶性能的影响主要通过水与TEOS的摩尔比n来定性判断，水量较少时，一般当摩尔比m≤7时，水主要作为反应物与正硅酸乙酯发生水解，体系的粘度较大，平均凝胶时间较短，溶胶的稳定性较差；增加用水量，摩尔比m＞7时水解更为充分，有相当一部分水以溶剂的形式存在，溶胶体系的粘度下降，溶胶离子之间距离增大，使缩聚反应几率变小；用水量继续增大，对溶胶的稳定性影响变小[27-29]。
在以正硅酸乙酯为原料制备硅溶胶的试验中，正硅酸乙酯在水中的溶解度不大，而在乙醇中的溶解度则要大的多，乙醇既可以溶于水，又可溶解正硅酸乙酯的性质使得整个反应可以在均匀的液相中进行。一般研究乙醇用量对硅溶胶性能的影响是通过乙醇与TEOS的摩尔比m来定性判断的，随着摩尔比m的增加，硅溶胶的凝胶时间逐渐延长，稳定性增加。
根据扩散双电层理论，溶胶的介电常数与双电层厚度成正比，随着乙醇用量的增加，胶粒的介电常数增大，双电层厚度增加，溶胶稳定性增加；同时，由于乙醇是正硅酸乙酯的水解产物，可抑制水解反应的正向进行，最后，乙醇的加入使得溶液得到稀释，水解产物之间碰撞几率变小，降低了缩聚反应速率，几种作用综合，最终使溶胶的稳定性增加[30-31]。
在制备二氧化硅溶胶的试验中，常用的添加剂为N,N 一二甲基甲酰胺（DMF），随着DMF的增加，溶胶的稳定性增加，是因为，溶胶中的氢离子可以和DMF发生氢键作用，氢键的形成使得进入紧密层的氢离子减少，因此导致胶团的电势增加，溶胶发生凝聚的势垒也相应增加，进而导致溶胶的稳定性升高。不仅如此，DMF的加入还能抑制醇盐的水解，提高凝胶的缩聚速率，提高凝胶固含量。同时，DMF的加入也使得溶液得到稀释，提高溶胶稳定性[29-32]。
二氧化硅粒径是影响硅溶胶稳定性的一个主要的因素，二氧化硅胶粒的大小和分布是硅溶胶质量高低的重要指标，影响着产品的浓度、稳定性。硅溶胶粒子直径在一些范围内，粒径越均匀，粒径分布范围越小，硅溶胶的稳定性越好。许念强认为在酸性硅溶胶体系中，溶胶的粒径与稳定性呈“S”型，如下图：
二氧化硅胶粒粒径较小时，溶胶的稳定性比较低，随着粒径的增大，平均凝胶时间延长，稳定性提高，在粒径为10～20nm之间时，硅溶胶的稳定性与胶粒大小近似成正比。这是由于粒径的增大使得硅溶胶表面的羟基集团活性降低，胶粒比表面积降低，吸附分子的能力也相应的减弱，从而使凝胶过程变缓[31]。
电解质对溶胶的稳定性也有一定的影响，由硅溶胶的胶团结构可知，在酸性条件下，进入紧密层的为H+，碱性条件下进入紧密层的为金属离子。电解质中含有的离子可以吸附在溶胶胶团分散层，使分散层变薄，当电解质含量超过一定限度后，分散层为厚度零，胶粒凝结化，稳定性降低[31]。
许念强[26]等认为，在电解质盐浓度一定时，硅溶胶的稳定性随二氧化硅粒径的增大增大而减弱，当二氧化硅粒径较小时，电解质盐的浓度对稳定性产生较大影响。当硅溶胶中的含盐量降低到一定值时，电解质对溶胶稳定性的影响可忽略不计。
硅溶胶的应用类型很多，对于硅溶胶的性能要求也不完全一样，而制备方法在很大程度上决定了硅溶胶的性能。目前，采用溶胶—凝胶法制备硅溶胶还存在一系列的问题有待解决：
（2）硅溶胶的反应机理研究还不够系统、深入，应深入研究溶胶稳定性的因素，创建溶胶稳定化结构理论，为制备稳定溶胶提供理论依据；
（3）反应原材料正硅酸四乙酯价格偏高，而且在实验过程中需加入乙醇作为溶剂，成本相对较高；
（4）溶胶凝胶法制备的硅溶胶浓度范围在10%~20%，浓度过高硅溶胶产品易变质。
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班级是高校额重要组成部分，班级管理是高校管理的主要阵地；班主任是班级教育和管理的领路人。在贯彻和府的教育方针、落实学校教书育人工作、引导学生全面发展等方面起着十分重要的作用 。本人从以下五个方面讲述工作心得：
班主任应具备较高的治素质和品德修养，做到身正为范，为人师表。用端正的品行和文明大方的言谈举来止塑造自身的人格魅力。同时作为高校人文素质教育的重要推动力量,必须加强自身人文素质的培养,着重从品德情操 、审美观、人生观、世界观和价值观等方面不断加以提升,通过言传身教影响学生。培养他们对工作事业的热爱,乐于为工作事业献身,使学生认识个人品德对学生自身发展的重要性,让学生树立崇高的理想,全心全意为人民服务思想,教育学生不能见利忘义,要正确看待现实中的不合理现象,使学生坚信现在出现的某些品德滞后现象是暂时的,最终必将由他们来扭转的不正之风。我们要引导学生正确地处理好利益和个人利益的关系、长期利益和短期利益的关系,牢固树立为人民群众服务思想。班主任要把品德教育贯穿日常管理和思想教育中,并注重教育方法的灵活性,如举行以品德教育为主题的演讲会、报告会、主题班会、经验交流会,实践等等。并把学生的品德操行与评三好学生、团员结合起来。培育学生良好的品德需要一个日积月累、潜移默化、循序渐进的过程,班主任要注重内在品格的自我塑造、自我修炼、自我约束、自我调控,不断塑造鲜活、生动的人格魅力,以德服人,以德立教,用高尚的人格影响学生、感化学生、激励学生,做好学生全面发展的领路人。
班主任应具备深厚的专业相关知识和精湛的专业方面技术。班主任首先应该熟悉所带班级学生专业。对于专业做到了然于心，班主任便能结合专业需要和学生个性特点因材施教地对学生进行专业培养，指导学生成长成才。还能够准确的通过对专业前沿及发展的新趋势的认识和理解，为学生打造适应时代发展需要的培养预案，使学生的专业相关知识和技能适应人才市场的需求，使学生能在上立于不败之地。再次班主任应该要有真才实学。自身的科研和教学工作要扎实，这样的班主任才能让学生信服。班主任还必须一专多能、多才多艺,不仅要具备扎实的专业相关知识,而且还要具备别的方面的才能,拥有广博的素质。班主任的知识要博,知识面要广,阅历要丰富,要跨学科、跨领域、跨文化,努力吸取知识创新与发展中 的前沿活水,一直更新和完善知识结构 。
班主任，应发展学生员、培育学生。要求学生入积极分子参加校学习。所带班级总共有十几个学生参加了校的学习。共有正式员二名，预备员一名。他们在班里的各项工作都起到了模范带头作用。选拔班，班主任不能包办，这样会使所选班失去群众基础，给日后的工作带来不必要的困难。应该是先后集中，即先让学生做投票选举，选拔出学生自己信任的班，再由教师根据详细情况权衡。班是班级的核心骨干，是班级各项活动的组织者和倡导者。得力的的班是班主任的左膀右臂。培养的班，不仅需要具有伯乐识马的能力，而且需要班主任要耐心地“送一程”。比较好的办法根据所选的气质、性格类型以及能力的差异进行分工，优化班委班干的组合。班主任对班，不能只是使用，还应该进行教育，要求他们努力学习、团结同学、以身作则，鼓励他们既要大胆工作，又要严格要求，注意工作方法。当然，选出的毕竟不是完人，因此，对他们不能过分苛求、指责，特别是在工作出现失误的时候 。对班的工作要常常检验核查，而且要给予具体的指导和帮助，坚持定期召开班会议，组织他们学会制订计划及具体措施，检查落实情况，总结得失，并加以改进，教会他们如何分辨是非，及时阻止同学中的不良行为。而对于班在班级中的不良行为，决不姑息。
