2.4　溶膠-凝膠法

2.4.1　溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程

溶膠-凝膠法制備薄膜的最初研究可追溯至1846年，Ebelnen首次研究了正硅酸乙酯在酸性條件下水解和縮聚形成整塊透明的干凝膠。隨后Graham研究發(fā)現(xiàn)SiO₂凝膠中的水可以被有機(jī)溶劑置換，此現(xiàn)象引起了許多化學(xué)家的注意。經(jīng)過(guò)科學(xué)家的長(zhǎng)時(shí)間探索，逐漸形成了膠體化學(xué)學(xué)科。在20世紀(jì)30～70年代，礦物學(xué)家、陶瓷學(xué)家、玻璃學(xué)家分別通過(guò)溶膠-凝膠法制備出了相圖研究中的均質(zhì)試樣，在低溫下制備出透明的PUT陶瓷和Pyrex耐熱玻璃。其中，在20世紀(jì)30年代，Berger和Geffcken首先證實(shí)用這種方法即金屬醇鹽的水解和膠凝化可以制成氧化物薄膜。1969年Bchroder指出，除了SiO₂以外，Al、Zn、Ti、Zr、Sn、Pb、Ta、Cr、Fe、Ni和Co的氧化物涂層都能穩(wěn)定得到。1971年，德國(guó)的Dislichl報(bào)道了關(guān)于溶膠-凝膠法低溫合成多組分氧化物玻璃的詳細(xì)工藝情況，即通過(guò)金屬醇鹽水解得到溶膠，經(jīng)膠凝化，再于923～973K和200N壓力下處理，制備了SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Na₂O-K₂O多組分玻璃。1975年，Yoldas和Yamane等仔細(xì)地將凝膠干燥，制得了整塊陶瓷材料及多孔透明氧化鉛薄膜。20世紀(jì)80年代以來(lái)溶膠-凝膠技術(shù)在玻璃中得到了成功的應(yīng)用。例如，從1981年開(kāi)始的幾次“以溶膠-凝膠法制備玻璃和玻璃陶瓷”的專(zhuān)題討論的進(jìn)行，都進(jìn)一步引起了人們對(duì)溶膠-凝膠法制備玻璃的研究、應(yīng)用開(kāi)發(fā)的熱情?，F(xiàn)在，在這個(gè)領(lǐng)域的研究活動(dòng)幾乎以爆炸式的速度向前推進(jìn)，由數(shù)人參加的研究小組已達(dá)數(shù)百個(gè)，幾乎每個(gè)月都有重大進(jìn)展報(bào)道。尤其是在整個(gè)無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，溶膠-凝膠法顯示了巨大的優(yōu)越性和廣泛應(yīng)用的前景。溶膠-凝膠法得到的薄膜具有良好的均一性、高純度、低合金溫度，所以在玻璃、薄膜、涂層等方面得到了成功應(yīng)用。

溶膠-凝膠技術(shù)經(jīng)過(guò)20世紀(jì)80年代的理論探討與90年代的應(yīng)用研究，已從聚合物科學(xué)、物理化學(xué)、膠體化學(xué)、配位化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等有關(guān)學(xué)科角度探索而建立了相應(yīng)基礎(chǔ)理論，應(yīng)用技術(shù)逐步成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，形成了一門(mén)獨(dú)立的溶膠-凝膠科學(xué)與技術(shù)的邊緣學(xué)科。

2.4.2　溶膠-凝膠基本原理和工藝

溶膠-凝膠是一種通過(guò)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程制備玻璃、陶瓷以及一些其他無(wú)機(jī)材料或復(fù)合材料的工藝。一般來(lái)說(shuō)，易水解的金屬化合物，如氯化物、硝酸鹽、金屬醇鹽等都適用于溶膠-凝膠工藝。關(guān)于溶膠-凝膠法的定義范圍有兩種不同的看法，有人認(rèn)為溶膠-凝膠過(guò)程包括液體溶液、硅膠、金屬酸、金屬氯化物等膠體懸浮液和金屬醇鹽溶液中所有的凝膠生長(zhǎng)過(guò)程。定義的關(guān)鍵是過(guò)程中有凝膠生成，而不強(qiáng)調(diào)凝膠生成的過(guò)程中是否形成了溶膠。而一些人則認(rèn)為溶膠-凝膠技術(shù)應(yīng)體現(xiàn)出溶膠的性質(zhì)，溶膠-凝膠技術(shù)指的是采用金屬氧化物等的溶液制備膠態(tài)溶液，在加入穩(wěn)定劑和調(diào)節(jié)劑的條件下控制凝膠過(guò)程。溶膠-凝膠技術(shù)還包括凝膠的干燥和煅燒過(guò)程?，F(xiàn)在，一般的看法傾向于前者的觀點(diǎn)，認(rèn)為溶膠-凝膠技術(shù)的特點(diǎn)在于凝膠的形成，而不在于是否經(jīng)過(guò)了溶膠的過(guò)程，但本節(jié)仍將溶膠的有關(guān)情況予以介紹。

2.4.2.1　溶膠

溶膠是一種特殊的分散體系，它是由溶質(zhì)和溶劑所組成的亞穩(wěn)定體系，其中的溶質(zhì)離子又稱(chēng)膠粒。膠體粒子具有雙電層結(jié)構(gòu)，形狀很復(fù)雜，膠核及其周?chē)娏肯嗟鹊姆刺?hào)離子使膠粒具有電中性，聚集態(tài)膠粒和非聚集態(tài)膠粒分別是樹(shù)枝狀和球狀。

形成溶膠的方法首先是制備膠體粒子，或者使用機(jī)械研磨，使固體細(xì)到膠粒大小。制備溶膠的原料主要是無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)醇鹽兩類(lèi)。無(wú)機(jī)鹽適合工業(yè)生產(chǎn)，有機(jī)醇鹽適合精細(xì)材料制備，用途不同，選材各異。由金屬鹽類(lèi)合成溶膠，存在著兩種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。首先是水解-縮聚反應(yīng)，其次是沉淀-膠溶反應(yīng)。

2.4.2.2　凝膠

凝膠是通過(guò)溶膠的膠凝作用或膠凝反應(yīng)得到的，是一種由細(xì)小粒子聚集成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和連續(xù)分散相介質(zhì)組成的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系。溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程可簡(jiǎn)述為：縮聚反應(yīng)形成的聚合物或粒子聚集體長(zhǎng)大為小粒子簇并逐漸連接為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此可以把凝膠化過(guò)程看做是小的粒子簇之間相互連接而成為連續(xù)的固體網(wǎng)絡(luò)。溶膠變成凝膠，伴隨有顯著的結(jié)構(gòu)變化和化學(xué)變化； 參與變化的主要物質(zhì)是膠粒，而溶劑的變化不大。

凝膠的分類(lèi)方法按其可逆性分為可逆凝膠與不可逆凝膠； 按力學(xué)性能分為彈性凝膠和非彈性凝膠。非彈性凝膠，有時(shí)又叫剛性凝膠或不可逆凝膠，這類(lèi)凝膠經(jīng)干燥后，再置于熱水溶劑中，不像可逆凝膠那樣具有變成溶膠的特性。膠凝過(guò)程可用結(jié)構(gòu)的變化來(lái)表示，溶膠與凝膠結(jié)構(gòu)完全不同。溶膠中的固相粒子能在溶劑中自由運(yùn)動(dòng)； 而凝膠中的固相粒子已按一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被固定而不能自由移動(dòng)。從宏觀上看，溶膠沒(méi)有固定形狀； 凝膠則具有固定形狀。溶膠-凝膠法制備薄膜材料時(shí)，凝膠膜在干燥過(guò)程中，由于溶劑的蒸發(fā)和凝膠的收縮導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。研究表明薄膜應(yīng)力K₁與膜厚d存在如下關(guān)系： K₁=d^0.5。薄膜厚度越大，其內(nèi)應(yīng)力越大，薄膜內(nèi)部能夠儲(chǔ)存一定量的彈性應(yīng)變能，對(duì)裂紋的擴(kuò)展起到抑制作用，當(dāng)薄膜較薄時(shí)可以保持形態(tài)的完整，當(dāng)膜過(guò)厚，產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)其應(yīng)變能時(shí)，就會(huì)造成薄膜的開(kāi)裂和剝落。除了嚴(yán)格控制一次成膜的厚度外，解決薄膜在干燥過(guò)程中的開(kāi)裂問(wèn)題常采用以下方法：

①?lài)?yán)格控制干燥速率；②增強(qiáng)凝膠骨架、使凝膠內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)均勻化；③降低液相表面張力。

目前普遍認(rèn)為，除去表面張力對(duì)凝膠的破壞作用最有效的辦法，是在超臨界流體條件下驅(qū)除凝膠中的液相，以及在溶膠中添加控制干燥的化學(xué)添加劑和改性劑，保持溶膠的穩(wěn)定性。

2.4.2.3　溶膠-凝膠法的工藝過(guò)程

采用溶膠-凝膠法制備無(wú)機(jī)材料的過(guò)程分為以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①溶膠制備；②溶膠的凝膠化；③凝膠陳化；④凝膠干燥；⑤干凝膠的煅燒和燒結(jié)。

（1）溶膠制備

溶膠化過(guò)程，在溶液中，溶質(zhì)和溶劑發(fā)生溶劑化、水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)生成物聚集成直徑1nm左右的粒子并形成溶膠，基本反應(yīng)如下：

水解：

M—OR+H₂O M—OH+ROH　　（2-45）

通?？s聚具有以下兩種途徑。

①氧橋合作用（oxolation）：

M—OH+M—OX M—O—M+XOH（其中X=H或R）　　（2-46）

此反應(yīng)釋放出副產(chǎn)物水或醇。在低于化學(xué)計(jì)量比的水解條件下，主要形成醇，反之則主要形成水。

②羥橋配聚作用：

M—OH+M—OX M—（OH）₂—M　　（2-47）

（2）凝膠化過(guò)程

凝膠化是指溶膠化的粒子由于化學(xué)鍵合的作用而聚集長(zhǎng)大成為具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的較大分子的過(guò)程。凝膠化現(xiàn)象有兩種解釋。一種是經(jīng)典的Flory和Stockmeyer理論，其依據(jù)是形成凝膠的臨界條件是P_c=1/（f-1），式中f為某單體的功能團(tuán)數(shù)；P_c為要形成無(wú)限大分子所可能生成的全部鍵中的部分鍵分?jǐn)?shù)，在單體聚合生長(zhǎng)過(guò)程中不生成封閉圈環(huán)結(jié)構(gòu)。另一種是穿透理論，其不同之處在于不排除在凝膠化時(shí)生成封閉圈環(huán)結(jié)構(gòu)的凝膠體。

為防止在液相反應(yīng)時(shí)發(fā)生團(tuán)聚，常用化學(xué)表面改性的方法，如加有機(jī)螯合劑、表面活性劑及有機(jī)添加劑改性，降低粉末表面能，增加膠粒間靜電排斥，或產(chǎn)生空間位阻作用而使其膠體穩(wěn)定。

（3）凝膠的陳化

在陳化過(guò)程中，凝膠粒子也可能溶解再沉淀，由于正曲率表面的溶解度大于負(fù)曲率表面，導(dǎo)致圓粒表面溶解，表面逐漸平坦，同時(shí)凝膠變硬，強(qiáng)度增大，需要注意的是，在不同介質(zhì)中陳化時(shí)，得到的凝膠的結(jié)構(gòu)不同。

（4）凝膠的干燥

凝膠干燥時(shí)，包裹在膠粒中的大量液體要排出，凝膠同時(shí)收縮，在干凝膠中留下大量的開(kāi)口和閉口氣孔，在凝膠干燥過(guò)程中表現(xiàn)出收縮、硬固，同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，并可能使凝膠開(kāi)裂，為防止凝膠干燥過(guò)程中分體團(tuán)聚，需要特殊的干燥技術(shù)。

（5）煅燒和燒結(jié)

由于干凝膠結(jié)構(gòu)中不但含有部分烷氧基或無(wú)機(jī)陰離子鹽，而且它是無(wú)定形、非晶體結(jié)構(gòu)，因此必須經(jīng)過(guò)煅燒除去雜質(zhì)并獲得需要的晶體結(jié)構(gòu)。例如氧化鋅涂層轉(zhuǎn)變成具有纖鋅礦相結(jié)構(gòu)。為了制得致密涂層，干凝膠煅燒后仍須進(jìn)行燒結(jié)。煅燒溫度取決于凝膠的孔結(jié)構(gòu)。

溶膠-凝膠的全過(guò)程如圖2-28所示，由金屬醇鹽、溶劑、水以及催化劑組成均相溶液，由水解縮聚而形成均相溶膠；均相溶膠經(jīng)過(guò)進(jìn)一步陳化成為濕凝膠1；濕凝膠經(jīng)過(guò)蒸發(fā)除去溶劑或直接蒸發(fā)分別得到氣凝膠2或干凝膠3，后者經(jīng)燒結(jié)得到致密的陶瓷體4；同時(shí)，均相凝膠可以在不同襯底上形成涂膜5，經(jīng)過(guò)焙燒等熱處理可得到均勻致密的薄膜6；也可以經(jīng)過(guò)拉絲，得到玻璃纖維7；還可經(jīng)不同方式處理得到粉體8。

不同溶膠-凝膠過(guò)程的特征見(jiàn)表2-12。

2.4.2.4　溶膠-凝膠技術(shù)的特點(diǎn)

溶膠-凝膠過(guò)程是制備材料的一種新的化學(xué)手段，其本質(zhì)是在材料制備的初期，通過(guò)化學(xué)途徑對(duì)材料的化學(xué)組成和微觀的幾何構(gòu)型進(jìn)行有效的控制。在無(wú)機(jī)材料制備領(lǐng)域，溶膠-凝膠技術(shù)的應(yīng)用已對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了巨大的影響，顯示出無(wú)與倫比的優(yōu)越性。

（1）優(yōu)點(diǎn)

①工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要昂貴的儀器。

②主要是利用溶液中的化學(xué)反應(yīng)，原料可在分子水平（或原子水平）上混合，可實(shí)現(xiàn)材料化學(xué)組成的精確控制，尤其是使微量摻雜變得容易?？梢院铣筛呔鶆蛐远嘟M分凝膠，在制備復(fù)雜組分材料時(shí)，能達(dá)到極高的均勻性。

③可控制凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，可對(duì)于凝膠的密度、比表面積、孔容、孔分布等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

④熱處理溫度低。由于溶膠-凝膠法制備的凝膠前驅(qū)體具有高度的均勻性和特殊的微觀結(jié)構(gòu)，使后續(xù)的熱處理在很低的溫度下進(jìn)行。

⑤可以合成通過(guò)傳統(tǒng)方法得不到的材料。如在制備復(fù)雜的氧化物，如高锝氧化物超導(dǎo)材料的合成中具有極大的優(yōu)勢(shì)。

（2）缺點(diǎn)

①凝膠化、干燥、熱處理很費(fèi)時(shí)間，在制備薄膜時(shí)需多次涂覆，間歇操作且過(guò)程周期很長(zhǎng)。

②產(chǎn)物中往往含有較多的水分和有機(jī)物，在干燥和熱處理階段失重較多，易發(fā)生破裂。

③若燒成不夠完善，制品中會(huì)殘留氣孔以及OH^-或C，后者會(huì)使制品帶黑色。

2.4.3　影響溶膠和凝膠工藝的主要因素

溶膠-凝膠法應(yīng)用的關(guān)鍵是溶膠的制備，溶膠的質(zhì)量直接影響到最終所得材料的性能，因此，如何制備滿足要求的溶膠成為人們研究的重點(diǎn)，以醇鹽為基礎(chǔ)的溶膠-凝膠過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，在溶膠、凝膠形成過(guò)程中，這些反應(yīng)可能同時(shí)進(jìn)行，并進(jìn)一步反應(yīng)形成聚合物，隨著水解的深入，溶膠聚合物的聚合程度加大，最終導(dǎo)致凝膠的生成，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為空間網(wǎng)絡(luò)狀聚合物的形成，網(wǎng)絡(luò)空隙中包裹著溶劑分子及反應(yīng)副產(chǎn)物。溶膠-凝膠技術(shù)的關(guān)鍵首先是必須獲得穩(wěn)定的溶膠，其次是在凝膠形成的過(guò)程中有效地控制水解縮聚反應(yīng)。影響溶膠和凝膠質(zhì)量的因素主要有以下幾個(gè)方面。

（1）水解度

一般將溶液中水和金屬有機(jī)物的摩爾比［H₂O/M（OR）_n］定義為水解度，表示水的相對(duì)含量。對(duì)于已經(jīng)配好的溶膠，隨著水解程度的增加，成膠時(shí)間縮短。這是因?yàn)樵谒夥磻?yīng)中，M（OR）_n中的一個(gè)OR基團(tuán)被OH^-取代后，剩余的OR基團(tuán)的反應(yīng)活性低于首先被取代的OR基團(tuán)； 而當(dāng)水量不足時(shí)，水解速率緩慢并且水解程度不完全，就生成水解度很低的產(chǎn)物（RO）_n-1 M-OH，然后再聚合成（RO）_n-1 M-O-M（RO）_n-1； 當(dāng)水解度進(jìn)一步增大時(shí)，可以得到如下的鏈狀聚合物： （RO）_n-1 M-O-［M（OR）_n-2］_x-O-M（OR）_n-1；當(dāng)水解度增加到一定程度，水解反應(yīng)與縮聚反應(yīng)速率相當(dāng)，以致填充整個(gè)容器，形成透明溶膠； 但當(dāng)水解度繼續(xù)增大時(shí)，水解反應(yīng)加快，形成一些形體不一的大粒子簇，凝膠透明度降低； 當(dāng)水過(guò)量時(shí)，水解反應(yīng)十分迅速而且徹底，生成較大顆粒，進(jìn)而生成沉淀。加水量少易形成低度交聯(lián)的產(chǎn)物，使溶膠黏度增大；加水量多則易形成高度交聯(lián)的產(chǎn)物，使黏度下降。因此加水量對(duì)醇鹽水解縮聚產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和溶膠的黏度及凝膠時(shí)間有重要影響。

（2）溶膠濃度

在溶膠-凝膠形成過(guò)程中，溶劑起分散、均化作用。為使溶質(zhì)充分溶解，首先要求有一定量的溶劑，因而存在一個(gè)最大臨界濃度。在此濃度以下，其他條件相同時(shí)，隨濃度的減小，由于單位體積內(nèi)粒子數(shù)目減少，導(dǎo)致粒子間碰撞機(jī)會(huì)減少，聚合速率減慢，從而延長(zhǎng)了膠凝時(shí)間。這種情況下形成的溶膠，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔洞較大，網(wǎng)絡(luò)中包裹有大量溶劑及反應(yīng)副產(chǎn)物，這樣使光散射增強(qiáng)，凝膠透明度變差。低濃度溶膠的黏度小，不易形成連續(xù)薄膜； 濃度過(guò)大，因其大的黏度及表面張力易導(dǎo)致膜面的分布不均勻。因此，應(yīng)事先選擇好欲配制溶膠的濃度。

（3）溫度

水解溫度高對(duì)加快醇鹽的水解速率有利，但溫度過(guò)高，又會(huì)產(chǎn)生沉淀。因此水解溫度與凝膠的形成關(guān)系密切。溫度對(duì)凝膠形成過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在成膠時(shí)間上，升高溫度加快了揮發(fā)組分的揮發(fā)，同時(shí)也加快了分子間的聚合反應(yīng)，因此，溫度升高，成膠時(shí)間將縮短。另外，較高溫度下也會(huì)使某些常溫下難以進(jìn)行的聚合反應(yīng)成為可能，會(huì)影響凝膠質(zhì)量。

（4）催化劑

由于各種金屬離子本身性質(zhì)的差異，導(dǎo)致其水解速率不一樣，有些金屬離子的水解非常迅速，很快生成沉淀，這時(shí)可事先加入某些有機(jī)物來(lái)延緩水解速率快的金屬醇化物的水解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水解反應(yīng)的控制。由于催化機(jī)理不同，對(duì)醇鹽進(jìn)行水解縮聚、酸催化和堿催化往往產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和形態(tài)不同的水解產(chǎn)物。因而選擇適宜的催化劑十分重要。

2.4.4　溶膠-凝膠法制備薄膜的常用方法

采用溶膠-凝膠工藝很容易對(duì)所制備的氧化物薄膜進(jìn)行定量可控?fù)诫s，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需任何真空條件和復(fù)雜設(shè)備，可以在任意形狀的基底上制備薄膜，并且采用溶膠-凝膠工藝制備的薄膜含有眾多分布均勻的微孔，這使得其比表面積大大增加，并且透氣性極好。在薄膜制備方面，溶膠-凝膠工藝比其他傳統(tǒng)工藝有極大的優(yōu)勢(shì)，溶膠-凝膠工藝制備薄膜常用的方法有浸涂提拉法、旋涂法等。

2.4.4.1　旋涂法

旋涂法是在旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)上進(jìn)行的，將基片水平固定于轉(zhuǎn)臺(tái)，然后將所要涂覆的溶液滴在基片的中央，由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力使溶液由圓心向周邊擴(kuò)展形成均勻的液膜，在一定條件下形成凝膠膜，經(jīng)過(guò)干燥和焙燒得到氧化物薄膜。它是適合涂覆小圓盤(pán)和透鏡的涂覆方法，因?yàn)闆](méi)有邊緣擾動(dòng)，形成的膜非常均勻。進(jìn)行旋覆時(shí)，流入水平基板表面的溶液或溶膠非常均勻地逐周擴(kuò)展，再與潮濕空氣作用，完成水解-縮聚和膠凝化反應(yīng)；接著進(jìn)行熱處理而在基板表面形成穩(wěn)定的氧化物膜。但這種方法不經(jīng)濟(jì)，因而較少用來(lái)生產(chǎn)無(wú)機(jī)膜。

采用旋轉(zhuǎn)涂覆法時(shí)，薄膜厚度除了受到溶膠性質(zhì)（如濃度、黏度等）的影響外，旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)的轉(zhuǎn)速是決定膜厚的另一個(gè)因素。要在整個(gè)基板表面獲得均勻的薄膜，轉(zhuǎn)速的選取就要考慮到基板尺寸的大小和溶膠在基板表面的流動(dòng)性能（與黏度有關(guān)）。如果轉(zhuǎn)速不高，獲得的膜層不均勻；但轉(zhuǎn)速提高，一次成膜的厚度變薄，就需要多次反復(fù)地成膜。

2.4.4.2　浸涂提拉法

浸涂提拉法是將整個(gè)清洗干凈的基板浸入溶液中，然后以一定速率平穩(wěn)緩慢地提拉出來(lái)。提拉涂覆的工藝應(yīng)用范圍很廣，對(duì)于大型涂件來(lái)說(shuō)更為經(jīng)濟(jì)。通常大型玻璃的尺寸達(dá)3～4m，將其浸入溶膠浴中，然后小心地以恒定速率提升，提升操作應(yīng)保持平穩(wěn)且無(wú)震動(dòng)，而且應(yīng)十分緩慢，借以協(xié)調(diào)溶劑蒸發(fā)和凝膠速率，由于重力和黏度的作用在基板表面形成一層均勻的溶膠膜。實(shí)驗(yàn)證明膜厚與基板的垂直提升速率之間的關(guān)系為：d=KvZ/3，比例常數(shù)K包含所有影響膜厚的其他因素，如溶膠濃度、黏度、表面張力等。研究表明，所有溶液都在浸涂過(guò)程末期，垂直基板底邊會(huì)出現(xiàn)約2～3μm厚的膜區(qū)，這是由于液體存在表面張力，沿基板流下的溶膠有一部分由于表面張力的作用會(huì)積存在基板下端區(qū)域。對(duì)于大型涂件來(lái)說(shuō)，這一無(wú)用區(qū)可在工藝結(jié)束后裁掉。對(duì)于小型涂件可用濾紙等吸除基板下端的液滴，也可以在溶膠中添加表面活性劑等成分降低表面張力，從而減輕基板下端的積液現(xiàn)象。但無(wú)論如何都會(huì)造成基板下端區(qū)域凝膠膜一定程度上的不平整和不均勻。