Золь-гель метод — приготування розчину прекурсору, переведення його у золь, потім у гель за рахунок гідролізу та конденсації, старіння, висушування й термоорбробка оксидного продукту.
Часто золь-гель метод включає у себе формування металооксіполімерних лагцюгів — золю або гелю з розчинних полігідрооксікомплексів, утворених внаслідок гідролізу металорганічних комплексних або неорганічних сполук. Оксиди, які утворюються, є високоактивними. Їхня дегідратація відбувається за низьких температур, іноді безпосередньо у гідролізі, супроводжується кристалічних оксидів з малим розміром частинок ( нм) та високорозвиненою поверхнею. При утворенні золів розподіл наночастинок за розмірами визначається тривалістю утворення зародків. Розмір нанокристалів зростає із збільшенням тривалості реакції й підвищенням температури (швидкість росту зародків).
Історія
Розвиток золь-гель технології почався з роботи Т.Грема, який вперше сформулював термін і поняття «колоїди». Грем відзначив клеєподібну поведінку розчинів деяких речовин, які назвав колоїдними. До колоїдних розчинів (золей) відносяться мікрогетерогенні системи, основними властивостями яких є наявність колоїдних частинок як окремої дисперсної фази, які представляють собою агрегати молекул. В колоїдних розчинах дисперсна фаза знаходиться в межах 1-100 нм, тому можна знехтувати гравітаційними силами. Таким чином, колоїдні розчини займають проміжне місце між грубодисперсними системами й істинними розчинами, є досить стійкими, оскільки частинких розчинених у них речовин довгий час не осідають під дією сил тяжіння. У цьому випадку головну роль відіграють ван-дер-ваальсові сили та сила відштовхування між поверхневими зарядами.
Загальна характеристика
Для цілеспрямованого отримання наносистем золь-гель методом потрібне знання механізмів гідролізу та поліконденсації. Синтез оксидів металів часто супроводжується труднощами, наприклад, швидкості гідролізу алкоксидів або неорганічних солей, які використовуються за синтезу, можуть виявитися надто високими, що призводить до мікронеоднорідностей системи. А неповний перебіг гідролізу негативно впливає на хімічну й механічну стабільність наноструктур й зміну цих параметрів у процесі експлуатації матеріалу.
Універсальними прекурсорами є алкоголяти металів. Ці сполуки є дуже реакційноздатними по відношенню до нуклеофільних частинок, наприклад, молекул води.
Популярність класичного варіанту золь-гель методу обумовлена тим, що отримувані матеріали мають унікальні властивості. Серед них висока хімічна однорідність отриманих продуктів, яка дозволяє знизити температуру й тривалість термообробки для отримання функціональної кераміки, можливість контролювати розмір частинок та структуру пор матеріалів на різих стадіях процесу. З його допомогою можна отримувати нові види скла, органо-неорганічні гібридні сполуки, кераміку, волокна, плівки і композити (нанесенням золя на підставку або просочування пористого матеріалу). Також золь-гель метод застосовують для отримання пористих матеріалів, які застосовують як сорбенти, каталізатори або носії каталізатороів.
Цей метод є легким щодо його застосування, однак має недоліки: не забезпечує монодисперсність частинок; на відміну від синтезу у нанореакторах, не дозволяє отримувати двохвимірні або одновимірні структури й контролювати параметри анізотропії; цим методом не можна синтезувати просторово-впорядковані структури, які складаються з наночастинок, розташованих на однакових відстанях одна від одної (або паралельних пластинок із прошарком інтертної матриці).
Отримання нанострижнів рутильного діоксиду титану довжиною 15-30 нм і діаметром менше 10 нм змішується із у молярній пропорції 0,01 — 0,1. До суміші додають водний розчин аміаку. Продукт, який випав у осад, відмиваєтьсяд від йонів хлору та змішується із пероксидом водню у пропорції Отримана дисперсія розбавляється водою до концентрації 0,18M і витримується за температури протягом 4—12 годин. Інкорпорація йонів до ґратки ініціює утворення фази .
Серед одержання з метою зменшення розміру наночастинок використовують неводні реагенти. Ці способи базуються на взаємодії галогенідів титану (де — атоми фтору, хлору, брому або йоду) з кисенвмісними органічними речовинами, наприклад, ефірами ( — органічна група).
Примітки
- В.С.Бушкова, Б.К.Остафійчук, О.В.Копаєв - особливості синтезу складних оксидних систем із використанням ЗГА методу.
- І.Ф.Миронюк, В.Л.Челядин - Методи одержання діоксиду титану (огляд).
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Zol gel metod prigotuvannya rozchinu prekursoru perevedennya jogo u zol potim u gel za rahunok gidrolizu ta kondensaciyi starinnya visushuvannya j termoorbrobka oksidnogo produktu Chasto zol gel metod vklyuchaye u sebe formuvannya metalooksipolimernih lagcyugiv zolyu abo gelyu z rozchinnih poligidrooksikompleksiv utvorenih vnaslidok gidrolizu metalorganichnih kompleksnih abo neorganichnih spoluk Oksidi yaki utvoryuyutsya ye visokoaktivnimi Yihnya degidrataciya vidbuvayetsya za nizkih temperatur inodi bezposeredno u gidrolizi suprovodzhuyetsya kristalichnih oksidiv z malim rozmirom chastinok d 10 displaystyle d leq 10 nm ta visokorozvinenoyu poverhneyu Pri utvorenni zoliv rozpodil nanochastinok za rozmirami viznachayetsya trivalistyu utvorennya zarodkiv Rozmir nanokristaliv zrostaye iz zbilshennyam trivalosti reakciyi j pidvishennyam temperaturi shvidkist rostu zarodkiv IstoriyaRozvitok zol gel tehnologiyi pochavsya z roboti T Grema yakij vpershe sformulyuvav termin i ponyattya koloyidi Grem vidznachiv kleyepodibnu povedinku rozchiniv deyakih rechovin yaki nazvav koloyidnimi Do koloyidnih rozchiniv zolej vidnosyatsya mikrogeterogenni sistemi osnovnimi vlastivostyami yakih ye nayavnist koloyidnih chastinok yak okremoyi dispersnoyi fazi yaki predstavlyayut soboyu agregati molekul V koloyidnih rozchinah dispersna faza znahoditsya v mezhah 1 100 nm tomu mozhna znehtuvati gravitacijnimi silami Takim chinom koloyidni rozchini zajmayut promizhne misce mizh grubodispersnimi sistemami j istinnimi rozchinami ye dosit stijkimi oskilki chastinkih rozchinenih u nih rechovin dovgij chas ne osidayut pid diyeyu sil tyazhinnya U comu vipadku golovnu rol vidigrayut van der vaalsovi sili ta sila vidshtovhuvannya mizh poverhnevimi zaryadami Zagalna harakteristikaOtrimannya poroshkiv oksidiv metalu Dlya cilespryamovanogo otrimannya nanosistem zol gel metodom potribne znannya mehanizmiv gidrolizu ta polikondensaciyi Sintez oksidiv metaliv chasto suprovodzhuyetsya trudnoshami napriklad shvidkosti gidrolizu alkoksidiv abo neorganichnih solej yaki vikoristovuyutsya za sintezu mozhut viyavitisya nadto visokimi sho prizvodit do mikroneodnoridnostej sistemi A nepovnij perebig gidrolizu negativno vplivaye na himichnu j mehanichnu stabilnist nanostruktur j zminu cih parametriv u procesi ekspluataciyi materialu Universalnimi prekursorami ye alkogolyati metaliv Ci spoluki ye duzhe reakcijnozdatnimi po vidnoshennyu do nukleofilnih chastinok napriklad molekul vodi Populyarnist klasichnogo variantu zol gel metodu obumovlena tim sho otrimuvani materiali mayut unikalni vlastivosti Sered nih visoka himichna odnoridnist otrimanih produktiv yaka dozvolyaye zniziti temperaturu j trivalist termoobrobki dlya otrimannya funkcionalnoyi keramiki mozhlivist kontrolyuvati rozmir chastinok ta strukturu por materialiv na rizih stadiyah procesu Z jogo dopomogoyu mozhna otrimuvati novi vidi skla organo neorganichni gibridni spoluki keramiku volokna plivki i kompoziti nanesennyam zolya na pidstavku abo prosochuvannya poristogo materialu Takozh zol gel metod zastosovuyut dlya otrimannya poristih materialiv yaki zastosovuyut yak sorbenti katalizatori abo nosiyi katalizatoroiv Cej metod ye legkim shodo jogo zastosuvannya odnak maye nedoliki ne zabezpechuye monodispersnist chastinok na vidminu vid sintezu u nanoreaktorah ne dozvolyaye otrimuvati dvohvimirni abo odnovimirni strukturi j kontrolyuvati parametri anizotropiyi cim metodom ne mozhna sintezuvati prostorovo vporyadkovani strukturi yaki skladayutsya z nanochastinok roztashovanih na odnakovih vidstanyah odna vid odnoyi abo paralelnih plastinok iz prosharkom intertnoyi matrici Otrimannya nanostrizhniv rutilnogo dioksidu titanu dovzhinoyu 15 30 nm i diametrom menshe 10 nm TiCl4 displaystyle mathrm TiCl 4 zmishuyetsya iz SnCl2 2H2O displaystyle mathrm SnCl 2 cdot 2H 2 O u molyarnij proporciyi 0 01 0 1 Do sumishi dodayut vodnij rozchin amiaku Produkt yakij vipav u osad vidmivayetsyad vid joniv hloru ta zmishuyetsya iz peroksidom vodnyu u proporciyi H2O2Ti 10 displaystyle mathrm frac H 2 O 2 Ti 10 Otrimana dispersiya rozbavlyayetsya vodoyu do koncentraciyi Ti4 displaystyle mathrm Ti 4 0 18M i vitrimuyetsya za temperaturi 100oC displaystyle mathrm 100 o C protyagom 4 12 godin Inkorporaciya joniv Sn4 displaystyle mathrm Sn 4 do gratki TiO2 displaystyle mathrm TiO 2 iniciyuye utvorennya fazi TiO2 displaystyle mathrm TiO 2 Sered oderzhannya TiO2 displaystyle mathrm TiO 2 z metoyu zmenshennya rozmiru nanochastinok vikoristovuyut nevodni reagenti Ci sposobi bazuyutsya na vzayemodiyi galogenidiv titanu TiX4 displaystyle mathrm TiX 4 de X displaystyle mathrm X atomi ftoru hloru bromu abo jodu z kisenvmisnimi organichnimi rechovinami napriklad efirami ROR displaystyle mathrm ROR R displaystyle mathrm R organichna grupa PrimitkiV S Bushkova B K Ostafijchuk O V Kopayev osoblivosti sintezu skladnih oksidnih sistem iz vikoristannyam ZGA metodu I F Mironyuk V L Chelyadin Metodi oderzhannya dioksidu titanu oglyad