Защо е методът на зол-гел е толкова популярен

Kurlov Pavlenko A. Pustovgar Shestakov Е. М. (FNM MSU)

Първите сведения за прилагането на метода на зол-гел за синтез на кристални силикатни фосфор отнася до 40-те години. XX век. Въпреки това, този метод не е получил екстензивно развитие, и едва в края на ХХ век. Той е бил използван за производство на материали.

Методът на зол-гел - метод за получаване на материали, включително наноматериали включващ осигуряване на сол, последвано от прехвърлянето му в гела (Фигура 1), т.е. в колоидна система, състояща се от дисперсионна среда течност, съдържаща се в триизмерна мрежа образувана .. свързани частици на диспергираната фаза.

Общо наименование "Метод зол-гел" съчетава една голяма група от методи за получаване на (синтез) на материали от разтвори на основен елемент от които е образуването на гел за един от етапите на процеса. В основата на най-известен изпълнение на процес на зол-гел са процеси контролирани хидролиза на съединения обикновено алкоксиди M (OR) х (М = Si, Ti, Zr, V, Zn, Al, Sn, Ge, Mo, W, и т.н.) или съответните хлориди във воден или органичен, често алкохол, среда.

В първия етап на процеса, хидролиза и поликондензация реакциите на зол-гел води до образуването на колоиден разтвор - зол - хидроксидни частици, чийто размер е по-малко от няколко десетки нанометра. Повишаването на концентрацията на звука на дисперсната фаза или други промени във външните условия (рН, обмен разтворител) води до интензивно образуване на контакти между частиците и образуването на монолитна гел, в която молекулите на разтворителя са затворени в гъвкава, но достатъчно стабилни триизмерна мрежа оформени частици хидроокиси. Концентрация на зола последвано от желиране се осъществява чрез диализа, ултрафилтруване, електродиализа, изпаряване при относително ниски температури или екстракция.

Защо е зола - метод гел толкова популярен?

Основното предимство на метода на зол-гел е високата степен на хомогенизиране на изходните компоненти. Това се постига чрез разтваряне на соли и оксиди на изходните материали в началния разтвор.

Техниката на зол-гел, в сравнение с конвенционална схема материали синтез опрости процеса на схемата за синтез. Този метод позволява да се постигне намаляване на консумацията на енергия и висока чистота на продуктите на всички етапи на синтеза с минимален разход за неговото постигане. Това става възможно да се получат продукти от този метод, който се характеризира с: монофазен кристална структура с висока степен на усъвършенстване; строго стехиометричен състав; отсъствие на чужди фази.

Решаваща роля в процеса на зол-гел процеси играе отстраняване на разтворителя от гела (сушене). В зависимост от метода на синтез на различни продукти могат да бъдат получени (ксерогеловете ambigeli, cryogels, аерогелове). Общи характеристики на тези продукти са запазване наноразмерни структурни елементи и относително висока специфична повърхност (стотици м 2 / г), въпреки че обемната плътност може да варира няколко стотин пъти. Повечето от синтезни продукти зол-гел използват като прекурсори за получаването на оксид Нанопрахове, тънки филми или керамика. Методът на зол-гел е ефективен за получаване на ксерогелове с изразена квази-он структура. Например, V2O5 · nH2O ксерогел е основата за синтез на ванадиеви нанотръби оксид.

Методът на зол-гел позволява тънък кварцово стъкло при много по-ниска температура (1250 ° С), заобикаляйки етапите на: топене на стъкло, на повърхността заготовки, рязане на стъклена плоча.

По този начин, всички по-горе и да направи метода на зол-гел толкова популярен.

Bezzubov SI Vorobyova NA Efimov AA (Отдел за Chemistry)

Традиционно, методът на зол-гел разбират набор от стъпки, включващи получаване на разтвор прекурсор, сериен трансфер първо в зол, и след това да гел поради хидролиза и кондензационни процеси, следващо стареене, сушене и топлинна обработка на продукта. Напоследък обаче, терминът често се използва да се отнася до методи, при които нито един от тези стъпки [1]. Понякога съвременната литература на колоидални золове се разделят (твърдо дисперсна фаза е образувана от частици) и полимер (оформя въз основа на разклонени макромолекули) [2].

Оценка класически изпълнение метод зол-гел е свързано главно на факта, че получената материали проявяват редица уникални свойства [1]. Тази висока химична хомогенност на получените продукти, които позволяват значително намаляване на температурата и продължителността на топлинна обработка за функционална керамика, способността за контрол на размера на частиците и на структурата на материалите на порите в различни етапи на синтеза (чрез промяна на времето реакция, температурата, концентрацията и химическия състав на реагентите), за модифициране на реологичните свойства дисперсия в широк диапазон [3-6]. Особено важно за получаване на наноструктури с желаните характеристики са процесите на образуване на кондензирани форми по време на хидролизата на прекурсорите, тази стъпка определя морфология и фазовия състав на получените продукти, [7]. По този начин, образуването на наночастици золове разпределение на размера определя от продължителността на зародиши. Обикновено нанокристали размер се увеличава с увеличаване на времето за реакция и с повишаване на температурата [1]. Лечение на силикагели с различни реагенти (киселини, формамид) се използва за контрол на тяхната пореста структура. Под електронен микроскоп, "мокро" гел се състои от агрегирани първични частици, диаметърът на които зависи от рН на отлагането на зол. Когато стойността на рН на утаяване 1-2 диаметър на частиците от приблизително 2¸3 пМ при рН> 3, той се увеличава до 5¸8 нм. Ксерогеловете, получени чрез утаяване на хидрогела в алкална среда, съдържа частици с диаметър от 21-26 пМ [3].

Използвайки метода на зол-гел позволява да се получат принципно нови материали, такива като органични, неорганични хибридни материали, нови видове стъкло, керамика и др Основните продукти, произведени по метода на зол-гел, и техните основни предимства са дадени в таблица. 1.

Таблица 1. Основните продукти, получени чрез метода на зол-гел [2,3]

Смесени (органично-неорганичен) мрежа с органични и неорганични модификатори

Един от най-важните предимства на метода на зол-гел е, че механичните свойства на золове, гелове, позволяват използването им за производство на влакна, филми и смеси чрез прилагане на зол върху субстрат или импрегниране на порьозен материал [1, 8]. Nanoscale филм (30-200 пМ), използвани в технологията на планарни микроелектрониката, получен от золове чрез центрофугиране. Най-широко използваните такива филми, получени като разсейващ източници. New обещаващ посока е тяхното използване като сензори каталитични покрития полупроводникови газ, мембрани с имобилизирани органични молекули за течни и газови сензори, гориво клетъчни мембрани, както и основни датчици метален оксид газови сензори [2, 9, 10]. Sol-гел технология позволява много процеси при контролирани условия. Например, успешно функциониращ защитен, изолационни и planarizing на приемателното филм може да се образува при температура от 250-450 ° С, [2]. Също така, методът позволява прилагане на филма на повърхността на различни форма [9].

Процесът на зол-гел често се използва за получаване на порести материали, които се използват като сорбенти, катализатори или катализатор поддържа [11]. Така например, в [12] макропорьозни филми ZnO метод зол-гел като се използва полиетилен гликол (органичен шаблон), цинков ацетат (прекурсор), етанол (разтворител) и NH (С2 Н2 OH) 2 (хелатиращ агент) са получени. Също така е възможно да се произвеждат микропорести материали с най-висока специфична повърхност от около 200 м2 / г.

Методът на зол-гел позволява просто в процес на една стъпка за получаване на композитни материали. Например, получените модифицирани оксид и смесени оксидни материали за развитието на нелинейни оптични устройства [2]. Методът на зол-гел често се използва за производството на легирани оксиди могат да се променят в широки граници на концентрация добавка и морфологията на получения материал [13-15]. Оптималните условия за получаване на композитни "порест стъклен - полимер", което позволява да се синтезират проби прозрачност е сравнимо плексиглас, но има по-висока механична якост, термични и радиационна устойчивост. Възможности за изследователски зол-гел покрития на SiO2 на различните видове неръждаема стомана показват, че полученият филм са ефективни защитно покритие срещу окисление и киселина атака [2, 16].

Превръщането на золове да гелове - основа на нови производство нанотехнологични влакна, керамични ултрафилтрация мембрани, оптични и антикорозионни покрития, фотографски материали, фино разделени абразиви и други материали с уникални свойства и регулируем [3, 17-18]. Зол-гел процеси основата лечение хидротермална, силициев диоксид-съдържащ материали и са обещаващи за развитието на техниките за стъкларската промишленост [3].

Средно: 9.2 (4 гласа)

Учене опит в областта на нанотехнологиите Technopreneurship

В това проучване, ние искаме да споделим опит и отношението ви към нанотехнологиите Technopreneurship и свързаните с тях области. В предварително Ви благодарим за проявеното безразличен!

работата по проекта

Днес тя става все по-популярна т.нар работни проекти студенти, но има и много различни мнения по този въпрос. Ще ви бъдем благодарни, ако можете да изрази накратко мнението му по този въпрос чрез гласуване. Благодаря ви предварително!