В материаловедении золь - гель процесс — это метод получения твердых материалов из малых молекул. Этот метод используется для изготовления оксидов металлов , особенно оксидов кремния (Si) и титана (Ti). Процесс включает преобразование мономеров в коллоидный раствор ( золь ), который действует как предшественник интегрированной сети (или геля ) либо дискретных частиц, либо сетчатых полимеров . Типичными предшественниками являются алкоксиды металлов .
В этой химической процедуре образуется « золь » (коллоидный раствор), который затем постепенно превращается в гелеобразную двухфазную систему, содержащую как жидкую , так и твердую фазы, морфология которых варьируется от дискретных частиц до непрерывных полимерных сетей. В случае коллоида объемная доля частиц (или плотность частиц) может быть настолько низкой, что может потребоваться первоначальное удаление значительного количества жидкости, чтобы можно было распознать гелеобразные свойства. Это может быть достигнуто любым количеством способов. Самый простой способ — дать время для образования осадка , а затем слить оставшуюся жидкость. Центрифугированиетакже может использоваться для ускорения процесса разделения фаз .
Удаление оставшейся жидкой фазы (растворителя) требует процесса сушки , который обычно сопровождается значительной усадкой и уплотнением. Скорость, с которой растворитель может быть удален, в конечном счете определяется распределением пористости геля. Очевидно, что на окончательную микроструктуру конечного компонента сильно повлияют изменения, внесенные в структурный шаблон на этом этапе обработки.
После этого часто необходима термическая обработка или процесс обжига , чтобы способствовать дальнейшей поликонденсации и улучшить механические свойства и структурную стабильность за счет окончательного спекания , уплотнения и роста зерна . Одним из явных преимуществ использования этой методологии по сравнению с более традиционными методами обработки является то, что уплотнение часто достигается при гораздо более низкой температуре.
Золь- предшественник может быть либо нанесен на подложку с образованием пленки (например, методом погружения или центрифугирования ), либо отлит в подходящую емкость с желаемой формой (например, для получения монолитной керамики , стекол , волокон , мембран , аэрогелей ). ), или используются для синтеза порошков (например, микросфер , наносфер ). [1] Золь-гель метод является дешевым и низкотемпературным методом, который позволяет точно контролировать химический состав продукта. Даже небольшие количества примесей, таких как органические красителии редкоземельные элементы , могут быть введены в золь и в конечном итоге равномерно диспергированы в конечном продукте. Его можно использовать при обработке и производстве керамики в качестве материала для литья по выплавляемым моделям или как средство для получения очень тонких пленок оксидов металлов для различных целей. Материалы, полученные из золь-геля, имеют разнообразные применения в оптике , электронике , энергетике , космосе , (био) сенсорах , медицине (например, контролируемое высвобождение лекарств ), реактивных материалах и разделении (например, хроматография ).) технологии.
Интерес к золь-гелевой обработке можно проследить еще в середине 1800-х годов, когда было обнаружено, что гидролиз тетраэтилортосиликата (ТЭОС) в кислых условиях приводит к образованию SiO 2 в виде волокон и монолитов. Золь-гель исследования стали настолько важными, что в 1990-х годах по всему миру было опубликовано более 35 000 статей об этом процессе. [2] [3] [4]