De ce este metoda sol-gel este atât de popular

Kurlov Pavlenko A. Pustovgar Shestakov E. M. (FNM MSU)

Primele informații cu privire la aplicarea metodei sol-gel pentru sinteza fosforescente de silicat cristalin se referă la 40-lea ani. secolului XX. Cu toate acestea, această metodă nu a primit de dezvoltare extensivă, și numai la sfârșitul secolului XX. Acesta a fost folosit pentru a produce materiale.

Metoda sol-gel - o metodă de obținere a materialelor, inclusiv nanomateriale cuprinzând asigurarea unui sol, urmată de transferul acestuia în gel (figura 1), adică în sistemul coloidal constând dintr-un mediu de dispersie lichid conținută în rețea tridimensională formată .. particulele legate de fază dispersată.

Denumirea comună „procedeu sol-gel“ combină un mare grup de metode de producere (sinteză) a materialelor din soluții, elementul esențial al cărui este formarea de gel pe una dintre etapele procesului. In centrul de realizare mai cunoscută a unui procedeu sol-gel sunt procese controlate hidroliza compușilor alcoxizilor, de obicei, M (OR) x (M = Si, Ti, Zr, V, Zn, Al, Sn, Ge, Mo, W, etc.) sau clorurile corespunzătoare într-un mediu apos sau organic, de multe ori alcool, mediul.

În prima etapă a procesului, hidroliză și policondensare reacțiile sol-gel conduce la formarea unei soluții coloidale - sol - particulele de hidroxid de a căror dimensiune este mai mică decât câteva zeci de nm. Creșterea concentrației de volum a fazei dispersate sau alte schimbări în condiții externe (pH, schimb de solvent), duce la formarea intensă a contactelor între particule și formarea de gel monolitic, în care moleculele de solvent sunt închise într-un mod flexibil, dar suficient de stabile particule formate de rețea tridimensională hidroxizi. Concentrarea soluției urmată de gelifiere este efectuată prin dializă, ultrafiltrare, electrodializă, evaporare la temperaturi relativ scăzute sau extracție.

De ce este metoda sol - gel atât de popular?

Principalul avantaj al metodei sol-gel este gradul ridicat de omogenizare a componentelor inițiale. Acest lucru se realizează prin dizolvarea sărurilor și oxizilor de materii prime din soluția inițială.

Tehnica sol-gel comparativ cu schema de sinteză convențională materiale a simplificat procesul de sinteză a Schemei. Această metodă permite de a realiza o reducere a consumului de energie și de puritate ridicată a produselor în toate etapele de sinteză, cu un cost minim pentru realizarea acestuia. Devine posibil să se obțină produse prin această metodă, care se caracterizează prin: structură cristalină monofazic având un grad înalt de perfecțiune; compoziția strict stoichiometrică; absența fazelor străine.

Un rol crucial în procesul de procese sol-gel joacă îndepărtarea solventului din gel (uscare). În funcție de metoda de sinteză a diferitelor produse pot fi preparate (xerogeli ambigeli, cryogels, aerogels). Caracteristici comune ale acestor produse sunt elemente structurale de conservare nanosize și suprafață specifică relativ mare (sute m 2 / g), cu toate că densitatea în vrac poate varia de câteva sute de ori. Majoritatea produselor de sinteză sol-gel utilizate ca precursori în prepararea nanopulberi oxid, filme subțiri sau ceramică. Metoda sol-gel este de asemenea eficientă pentru a obține xerogeli cu pronunțat cvasi-o singură structură. De exemplu, V2O5 · nH2O xerogel este baza pentru sinteza nanotuburilor de oxid de vanadiu.

Metoda sol-gel permite sticlă de cuarț subțire la o temperatură mult mai scăzută (1250 ° C), ocolind etapele: sticlă de topire, suprafață lingourilor, tăiere pe placă de sticlă.

Astfel, toate cele de mai sus și de a face metoda sol-gel atât de popular.

Bezzubov SI Vorobyova NA Efimov AA (Departamentul de Chimie)

In mod traditional, metoda sol-gel set de pași înțeleagă care cuprinde prepararea unei soluții de precursor, un transfer de serie l mai întâi într-un sol, și apoi la un gel din cauza proceselor de hidroliză și condensare, îmbătrânire ulterioară, uscare și tratament termic al produsului. Recent, cu toate acestea, termenul este adesea utilizat pentru a se referi la procese în care nici unul dintre acești pași [1]. Uneori literatura actuala privind coloizi coloidale au fost separate (faza dispersă solidă este formată din particule) și polimerul (format pe baza macromoleculelor ramificate) [2].

Nota varianta clasica metoda sol-gel este legată în primul rând faptului că exponatul materialele care rezultă o serie de proprietăți unice [1]. Această omogenitate chimică ridicată a produselor obținute, permițând reducerea substanțială a temperaturii și a duratei de tratament termic pentru ceramica funcțională, capacitatea de a controla dimensiunea particulelor și structura materialelor porilor în diferite stadii ale sintezei (prin schimbarea timpului de reacție, temperatura, concentrația și compoziția chimică a reactivilor), pentru a modifica proprietățile reologice dispersie pe un interval larg [3-6]. Deosebit de important pentru obținerea nanostructuri cu caracteristici dorite sunt procesele de formare a formelor condensate în timpul hidrolizei precursorilor, acest pas determină compoziția morfologie și fază a produselor obținute [7]. Astfel, formarea de nanoparticulă coloizilor distribuției granulometrice determinată de durata nucleația. De obicei, dimensiunea nanocristale crește odată cu creșterea timpului de reacție și cu creșterea temperaturii [1]. Tratamentul gelurile de silice cu diferiți reactivi (acizi, formidice) este utilizat pentru a controla structura poroasă. Sub microscopie electronica, „umed“ gel este compus din particule primare agregate, al căror diametru depinde de pH-ul depunerilor sol. Când valoarea pH-ului de precipitare la 1 la 2 diametrul particulelor de aproximativ 2¸3 nm la pH> 3, acesta este crescut la 5¸8 nm. Xerogeluri obținute prin precipitarea hidrogel într-un mediu alcalin, conține particule cu un diametru de 21-26 nm [3].

Folosind metoda sol-gel permite obținerea unor materiale fundamental noi, cum ar fi materiale organice-anorganice hibride, noi tipuri de sticla, ceramica, etc. Principalele produse obținute prin metoda sol-gel și principalele avantajele lor sunt date în tabelul. 1.

Tabelul 1. Principalele produse, obținute prin metoda sol-gel [2,3]

Mixed (organic-anorganic) angreneze cu modificatori organici și anorganici

Unul dintre cele mai importante avantaje ale metodei sol-gel este că proprietățile mecanice ale coloizi și geluri permit utilizarea lor pentru producerea de fibre, filme și compozite prin aplicarea soluției pe un substrat sau impregnarea unui material poros [1, 8]. filmul Nanoscale (30-200 nm) utilizat în tehnologia microelectronică plane, preparată din coloizi prin centrifugare. Cele mai utilizate pe scară largă astfel de filme primite ca difuzând surse. Noua direcție promițătoare este utilizarea lor ca senzori de gaz acoperiri catalitice cu semiconductori, membrane cu molecule organice imobilizati pentru senzori lichizi și gazoși, membranele celulare de combustibil, precum și senzori de gaz senzori de bază de oxid metalic [2, 9, 10]. Tehnologia Sol-gel permite multor procese în condiții controlate. De exemplu, cu succes funcțional de protecție, izolare și planarizing filmul getter poate fi format la o temperatură de 250-450 ° C [2]. De asemenea, metoda permite aplicarea filmului pe suprafața diferitelor forme [9].

Procesul sol-gel este adesea utilizat pentru producerea de materiale poroase, care sunt utilizate ca absorbanți, catalizatori sau catalizator suport [11]. De exemplu, în [12] filme macroporoase ZnO metoda sol-gel, folosind polietilen glicol (șablon organic), acetat de zinc (precursor), etanol (solvent) și NH (C2 H2 OH) 2 (agent de chelatare) au fost obținute. De asemenea, este posibil să se producă materiale microporoase cu cea mai mare suprafață specifică de aproximativ 200 m2 / g.

Metoda sol-gel permite pur și simplu într-un proces cu un singur pas pentru a obține materiale compozite. De exemplu, obținute oxid și oxid mixt materiale modificate pentru dezvoltarea de dispozitive optice neliniare [2]. Metoda sol-gel este adesea utilizat pentru producerea de oxizi dopați se pot schimba in cadrul larg de concentrare limitele dopant și morfologia materialului rezultat [13-15]. Condițiile optime de obținere a compozitelor „sticlă poroasă - polimer“, care permite de a sintetiza mostre transparenta este Plexiglas comparabile, dar are o rezistență mecanică mai mare, stabilitate termică și radiații. Posibilități de cercetare acoperiri sol-gel SiO2 pe diferite tipuri de oțel inoxidabil, au arătat că filmul obținut sunt strat protector eficient împotriva oxidării și atacul cu acid [2, 16].

Conversia coloizilor la geluri - baza de fibre noi care produc nanotehnologie, membrane de ultrafiltrare ceramice, acoperiri optice si anticoroziune materiale fotografice, abrazive fin divizate și alte materiale cu proprietăți unice și structura reglabile [3, 17-18]. procese sol-gel stau la baza de tratament hidrotermal, materialele cu conținut de silice și sunt promițătoare pentru dezvoltarea unor tehnici din industria sticlei [3].

Medie: 9.2 (4 voturi)

Învățarea experiență în domeniul nanotehnologiei Technopreneurship

In acest studiu, vă rugăm să împărtășească experiența și atitudinea față de Technopreneurship nanotehnologia și domenii conexe. În avans, vă mulțumesc pentru indiferent ta!

munca de proiect

Astăzi devine din ce în ce mai populare asa-numitul proiect studenți de lucru, dar există opinii foarte diferite cu privire la acest subiect. Ne-ar fi recunoscători dacă ați putea exprima pe scurt opinia cu privire la această problemă printr-un vot. Vă mulțumim anticipat!