Пористое стекло
Пористое стекло — это стекло , содержащее поры, обычно в нанометровом или микрометровом диапазоне, обычно получаемое одним из следующих процессов: путем разделения метастабильных фаз в боросиликатных стеклах (например, в их системе SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 О) с последующей жидкостной экстракцией одной из образовавшихся фаз; [1] [2] посредством золь-гель процесса ; или просто спеканием стеклянного порошка .
Особые свойства и коммерческая доступность пористого стекла делают его одним из наиболее изученных и охарактеризованных аморфных твердых тел . Благодаря возможности моделирования микроструктуры пористые стекла имеют высокий потенциал как модельная система. Они демонстрируют высокую химическую, термическую и механическую стойкость благодаря жесткой и несжимаемой сетке кремнезема . Они могут быть изготовлены высокого качества и с размером пор от 1 нм до любого желаемого размера. Легкая функционализация внутренней поверхности открывает широкую область применения пористых стекол.
Еще одно особое преимущество пористых стекол по сравнению с другими пористыми материалами заключается в том, что они могут быть изготовлены не только в виде порошка или гранулята, но и в виде более крупных кусков практически любой формы и текстуры, определяемых пользователем.
В первой половине 20 века Тернер и Уинкс обнаружили, что боросиликатные стекла можно выщелачивать кислотами. Их исследования показали, что термическая обработка может влиять не только на химическую стабильность, но и на плотность , показатель преломления , тепловое расширение и вязкость . В 1934 году Нордберг и Худ [ требуется разъяснение ] обнаружили, что щелочные боросиликатные стекла разделяются на растворимую (богатую боратом натрия) и нерастворимую (богатую кремнеземом) фазы, если стекло подвергается термической обработке. Путем экстракции минеральными кислотамирастворимая фаза может быть удалена, а сеть пористого кремнезема остается. В процессе спекания после экстракции образуется кварцевое стекло, свойства которого приближаются к свойствам кварцевого стекла . Производство таких стекол с высоким содержанием кремнезема было опубликовано как процесс VYCOR .
В научной литературе пористое стекло представляет собой пористый материал, содержащий примерно 96% кремнезема , который получают кислотной экстракцией или комбинированной кислотной и щелочной экстракцией, соответственно, щелочных боросиликатных стекол с разделением фаз., и имеет трехмерную взаимосвязанную пористую микроструктуру. Для коммерчески доступных пористых стекол используются термины пористое стекло VYCOR (PVG) и стекло с контролируемыми порами (CPG). Пористая структура образована системой синтетических каналов и имеет удельную поверхность от 10 до 300 м²/г. Пористые стекла могут быть получены кислотной экстракцией щелочно-кремнеземных стекол с разделенными фазами или золь-гель-процессом. Регулируя производственные параметры, можно производить пористое стекло с размером пор от 0,4 до 1000 нм при очень узком распределении пор по размерам. Вы можете создавать различные формы, например, частицы неправильной формы (порошок, гранулят), сферы, пластины, палочки, волокна, ультратонкие мембраны, трубки и кольца.
Предпосылкой для серийного производства пористого стекла является знание структуроопределяющих и структуроконтролирующих параметров. Состав исходного стекла является параметром, определяющим структуру. Изготовление исходного стекла, в основном процесс охлаждения, температура и время термической обработки, а также последующая обработка являются параметрами, определяющими структуру. Фазовая диаграмма натрийборокремнеземного стекла показывает разрыв в смешиваемости для определенных составов стекла.
