Синтез золь-гель покрытий - Электронно-лучевой синтез TiO2 покрытий с использованием золь-гель мишеней
Термином "золь-гель технология" обозначают технологию получения технически ценных неорганических и органо-неорганических материалов (катализаторы, адсорбенты, мембраны, керамика и другие композиты) на основе перехода гомогенного раствора в золь и затем в гель.
Золь-гель метод является одним из перспективных методов синтеза наноструктурированных материалов повышенной чистоты. Он основан на совместном осаждении гидроксидов металлов либо взаимодействии этоксидов металлов с последующей кристаллизацией оксидов при термической обработке. Этот метод достаточно прост и позволяет в широких пределах варьировать свойства получаемых материалов, достигать значительного взаимодействия компонентов и требуемой дисперсности. Золь-гель технология является гораздо более экономичной и экологически чистой, чем, например, вакуумные и плазменные методы напыления тонких пленок.
Золь-гель метод состоит из четырех основных этапов: приготовление золя, напыление золя на подложку, высушивание золя в гель, отжиг для получения плотного покрытия с хорошей адгезией.
Золи могут наноситься на подложки окунанием, центрифугированием, электрофорезом или напылением. Любая усушка или уплотнение золя в процессе напыления должны компенсироваться для того, чтобы сохранить оптимальное состояние агрегирования. Конкретный метод нанесения зависит от формы и материала подложки, которая предварительно должна быть тщательно зачищена.
Превращение золя в гель осуществляется постепенной, осторожной сушкой. Чрезмерно быстрая сушка может вызвать растрескивание геля. На этой стадии процесс обратим. Гель может быть переведен обратно в форму золя путем смачивания растворителем, например, водой для водных золей.
Можно проиллюстрировать процессы, происходящие в золь-гель системе, с помощью элементарной схемы (рисунок 4).
Рисунок 4 - Схема перехода истинного раствора в золь и далее в гель
В золь-гель технологии прекурсор - это вещество, которое при определенных условиях может образовывать полимолекулы, полисольватированные группы, мицеллы, из которых будут формировать зародыши наночастиц золя. В качестве прекурсоров могут использоваться практически любые, как правило, гидролизующиеся соединения - алкоксиды кремния Si(OR)4 и ряда других металлов (Me - Al, Ti, Sn, Zr и др), соли металлов (например, хлориды титана, оксохлориды ванадия).
Для того чтобы осуществить процессы гидролиза и поликонденсации (часто говорят: гидролитической поликонденсации), в реакционную среду вводят воду. Для того чтобы инициировать гидролиз и регулировать его скорость, добавляют катализаторы. Это чаще всего кислоты или щелочи. Поэтому в золь-гель технологии принято подразделять гидролиз на кислый и щелочной.
Можно вводить в золи и модифицирующие добавки, которые придадут новые полезные свойства получаемым материалам и покрытиям. Это могут быть водо-спирторастворимые соли и кислоты, органические низко - и высокомолекулярные соединения. Обычно перед введением в реакционную смесь соли растворяют в воде или органическом растворителе. Изначально, в момент смешивания исходных компонентов друг с другом, они, как правило, представляют собой истинные растворы. В результате гидролитической поликонденсации молекул прекурсора образуется наночастицы (твердая фаза), размер которых обычно находится в диапазоне 1-100 нм (рис. 4).
В золь-гель технологии золь - это дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и твердой нанодисперсной фазой. Гель - это композиционный материал, структура которого представляет собой взаимопроникающие твердую и жидкую фазы. Коллоидные же системы (коллоиды) - это двухфазные дисперсные системы с предельно высокой степенью дисперсности, при которой еще сохраняется гетерогенность, т. е. наличие между дисперсной фазой и дисперсной средой поверхности раздела; они являются промежуточными между молекулярно-дисперсными (истинными растворами) и грубо дисперсными (суспензиями, эмульсиями).
По мере "созревания" или старения золя начинается процесс агрегации частиц, который постепенно приводит к образованию трехмерной структуры (гигантского кластера) - геля (рисунок 4).
Классификация золь-гель процессов.
Известный специалист в области золь-гель процессов, американский исследователь Маккензи (John D. Mackenzie) предложил классифицировать золь-гель материалы по процессам их получения. Золь-гель процессы, в результате которых получаются неорганические стекловидные и керамические материалы он отнес к "процессам первого поколения" (рисунок 5). Соответственно, неорганические оксидные композиты, получаемые золь-гель методом, он назвал первой генерацией материалов.
Рисунок 5 - Схема золь-гель процессов первого поколения для синтеза оксидных материалов
В 1984-1988 г. появились пионерские исследования, показавшие возможность получения золь-гель методом, так называемых, органо-неорганических - гибридных материалов. Они формировались инкорпорацией неорганических фрагментов в органические матрицы или, наоборот - органических мономеров или олигомеров в неорганические сетки. Так появилась вторая генерация органо-неорганических материалов, получаемых с использованием золь-гель процессов второго поколения (рисунок 6).
Рисунок 6 - Схема золь-гель процессов второго поколения для синтеза новой генерации нанокомпозитов - органо-неорганических гибридов
Гибридные органо-неорганические материалы и покрытия также разделяются на две разновидности по типу химических связей, а именно:
- 1. Органические и неорганические группировки связаны стабильными химическими связями: ковалентными, координационными, ионными. 2. Органические макромолекулы включены в неорганические сетки формируемого геля, или наоборот, неорганические молекулы или их агрегаты захвачены в органические макроструктуры. При этом органические и неорганические фрагменты могут быть связаны лишь слабыми физическими связями.
Похожие статьи
-
Техника и методика формирования золь-гель мишеней Гель (ксерогель) из полимерного золя образуется в процессе полимеризации мономеров и полимеров,...
-
Электронно-лучевые пучки широко используются в технологическом оборудовании для нагрева, сварки, плавки, размерной обработки, распыления, фундаментальных...
-
Введение - Электронно-лучевой синтез TiO2 покрытий с использованием золь-гель мишеней
Интерференционные покрытия применяют для получения высоких коэффициентов отражения (зеркальные покрытия), для увеличения пропускания и контрастности...
-
Диоксид титана TiO2 Диоксид титана, TiO2 - самое распространенное соединение титана на земле. Представляет из себя амфотерный оксид четырехвалентного...
-
Формирование интерференционного многослойного покрытия осуществлялось с помощью установки вакуумного напыления ВУ-1А (рисунок 4), оснащенной источником...
-
Цель данного исследования состояла в исследовании мишеней при помощи сканирующего микроскопа и определения наличия примесей в них. В качестве объектов...
-
Нейтронообразующая мишень Нейтронообразующая мишень представляет собой подложку, на которую наносят активный слой металла, обладающего хорошими...
-
Спекание керамики Операция спекания осуществляется для придания изделиям их окончательной прочности, компактности и плотности материала, полного...
-
Селективное лазерное плавление
Селективное лазерное плавление Цель работы: Освоить технологию СЛП; ознакомиться с оборудованием для СЛП и их характеристиками; изучить зависимость...
-
Задача светотехнического расчета определить потребляемую мощность источников света для обеспечения нормированной освещенности. В результате прямого...
-
В настоящее время электронно-лучевые пушки очень широко применяются в промышленности. Они используются для сварки, нанесения покрытий, плавки, в научных...
-
Введение, Основные понятия - Гальванические покрытия
В реферате рассматриваются методы гальванического упрочнения: электролитическое хромирование, электролитическое железнение. Хромирование используют для...
-
Построение плана положений механизма Кинематический анализ механизма - это аналитический или графический процесс расчета, в результате которого...
-
Рис. 2. Последовательность стадий роста пленки Образование покрытия начинается с возникновения зародышей. На первом этапе происходит столкновение атомов...
-
Электронная микроскопия - Обработка на сверлильных станках
Появление электронного микроскопа, имеющего разрешающую способность, в десятки раз большую, чем световой микроскоп, позволило подробно изучить такие...
-
Синтез эвольвентного зубчатого зацепления. Рассматриваемые зубчатые механизмы предназначены для передачи непрерывного вращательного движения от ведущего...
-
Методика проведения эксперимента Объектами настоящего исследования были мишени, напыленные при различных температурах. Нанесение покрытия на молибденовые...
-
Так как к пластмассам как материалу для конструкционных деталей инженеры зачастую относятся с недоверием, то ниже приводятся основные сведения, в каких...
-
Для литья на подложку обычно используют материалы с невысокой температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики и смеси на их основе....
-
Измельчение древесных отходов необходимо для обеспечения надежного и устойчивого процесса ее сжигания. Кроме того, однородный фракционный состав...
-
Нанотехнологии являются новым весьма эффективным направлением развития конструкционных материалов. Наноструктурные объемные материалы отличаются большой...
-
В настоящее время резка металла приобретает все большее значение. Это происходит в первую очередь за счет увеличения объемов производства с которыми не...
-
Введение - Производство колбасных изделий
Технология - Наука о наиболее эффективных способах промышленного производства товаров. На выбор технологии производства влияет много факторов: Вид...
-
Нефть. Нефтяная промышленность - Технология переработки нефти
Происхождение нефти Нефть - это горная порода. Она относятся к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы...
-
Формование листовых термопластов является чрезвычайно важным процессом для производства трехмерных изделий из поливинилхлорида. Схема этого процесса...
-
Под временем перерывов понимается часть рабочего дня, в течение которой трудовой процесс не осуществляется по различным причинам. Время работы в свою...
-
Рассчитаем необходимое число единиц гипсоварочных котлов, согласно формуле: N=Pп/(Pч-K), Где Pп - требуемая часовая производительность предприятия; Pч -...
-
Практическое использование аморфных сплавов - Принцип получения аморфных материалов
Использование аморфных сплавов в качестве диффузионных барьеров устройств привело к тому, что линейные размеры токоведущих дорожек, контактных площадок и...
-
Практическое использование оптических квантовых генераторов - Лазеры
Прежде всего, следует отметить, что исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом представляют исключительно большой интерес. Лазеры...
-
Электронная установка выполняет функцию управления, контроля и мониторирования машины. Для выполнения этих функций электронная установка оснащена...
-
Предварительно нами выполнены физико-химические исследования свойств основных ферросплавов Аксуйского ферросплавного завода. Использовались: -...
-
Определение передаточной функции объекта управления Проведение эксперимента начинают с установки на объекте выбранного режима работы, который...
-
Производство паркетных щитов - Использование отходов древесины
Паркетные щиты применяются для настила полов. Они представляют собой клееную конструкцию, состоящую из нескольких слоев. Основой щита является...
-
Производство деревянной тары - Использование отходов древесины
Потребность народного хозяйства в таре очень велика; она увеличивается по мере роста выпуска промышленной продукции, товаров народного потребления,...
-
Необходимым требованием экономического развития страны является коренная организационно-хозяйственная реформа всех звеньев народнохозяйственного...
-
Рассмотрим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы (рисунок 18): Рисунок 21 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы по каналу управления Исследуемая система устойчива, если ее...
-
В большинстве случаев СОЖ используются с целью обеспечения бесперебойного рабочего процесса, уменьшения износа оборудования, снижения количества отходов...
-
В САР поддержание заданного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону обеспечивается аппаратурными средствами, имеющие...
-
Производство технологической щепы - Использование отходов древесины
Щепа для производства целлюлозы, древесных плит и продукции лесохимических и гидролизных производств называется технологической щепой. Производство...
-
По структурной схеме системы, приведенной на Рис. 6.1., составим математическую модель проектируемой системы для дальнейшего моделирования, которая...
Синтез золь-гель покрытий - Электронно-лучевой синтез TiO2 покрытий с использованием золь-гель мишеней