Золь-гель технология - Получение композиционных материалов

Наиболее изученные системы в золь-гель химии, безусловно, системы на основе кремния, которые также явились исторический началом химии золь-гель процессов. Впервые, еще в 1845 году, belmen получил прозрачный материал путем медленного гидролиза сложного эфира кремниевой кислоты. При этом образование геля кремниевой кислоты при подкислении силикатов щелочных металлов было известно ученым химикам еще раньше, но практического значения этому процессу никто не придавал. На первых этапах исследований золь-гель процесса из чистого диоксида кремния в основном формировалась керамика. Однако, вскоре стало ясно, что процесс может использоваться также для формирования оксидов других металлов. Кроме того, было показано, что смешение нескольких исходных веществ позволяет получать материалы более сложного состава. Однако, в подобных сложных системах для достижения однородности материала необходимо знать свойства и поведение каждого индивидуального компонента в условиях осуществления синтеза. По отношению к другим методам синтеза неорганических оксидных материалов, в том числе и наночастиц, золь-гель-процессы обладают рядом существенных преимуществ, к ним, в частности, относятся:

    - возможность создания уникальной структуры с ультрадисперсной фазой; - возможность контролировать поверхность материала на ранней стадии его получения; - обеспечение высокой чистоты как исходного материала, так и получаемого продукта (особенно в случае использования алкоксидов); - гомогенность распределения компонентов, в том числе и небольших модифицирующих добавок; - возможность достижения однородности образующихся соединений, вплоть до молекулярного и ионного уровней; - возможность получения новых кристаллических и аморфных фаз, материалов с катионами в несвойственных им степенях окисления, синтез которых традиционными методами затруднителен либо невозможен; - регулирование реологических свойств золей и дисперсий наночастиц, что позволяет получать широкий спектр изделий от покрытий до монолитов.

Как правило, для реализации золь-гель-процессов используют два традиционных подхода, которые, однако, имеют ряд ответвлений:

    - коллоидный метод - гелеобразование гидрозолей, происходящее благодаря ассоциации частиц водной суспензии (например, через водородные связи между группами, принадлежащими разным частицам). Разновидностью данного метода является прямое осаждение и полимеризация гидратированных оксидов химических элементов из растворов их солей, например, из растворимых силикатов; - алкоксидный метод - гидролитическая поликонденсация исходных соединений (алкоксидов, нитратов и т. д.) в водно-органических средах, с последующим высушиванием продуктов, либо в атмосферных, либо в сверхкритических условиях.

В последние годы стали использовать негидролитический метод. Это альтернативный путь и он заключается во взаимодействии галогенида металла с донорами кислорода - алкоксидами металлов - в безводной среде.

Похожие статьи




Золь-гель технология - Получение композиционных материалов

Предыдущая | Следующая