Золь

Введение
Создание материалов с новыми заранее заданными свойствами возможна на основе химических, коллоидных процессов. Многообещающими в этом отношении являются процессы превращения золя в гель, а далее в твёрдое тело. С определёнными свойствами на базе которых и разрабатываются принципиально новые золь-гель технологии. Золь-гель процессы способны проходить:
1. при низких температурах
2. атмосферным давлением
3. создаются материалы регулируемого состава и структуры

Сферы занятости
Во многих научно-исследовательских заведениях занятость в области золь-гель технологии широка. Рассмотрим некоторые примеры
В Проблемной научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов Гомельского государственного университета им. Ф.Скорины в течение ряда лет успешно развиваются исследования научных основ золь-гель-процессов и технология производства на их базе новых типов стекол, композиционных материалов, тонкопленочных покрытий, различных типов порошков и гранулированных материалов
Производственные испытания на Пинском заводе "Камертон" и НПО "Интеграл" показали, что их параметры полностью соответствуют требованиям технических условий и даже в некоторых аспектах превосходят их.
Проблемам создания новых солнцезащитных и декоративных покрытий дешевыми, экономически эффективными методами в лаборатории уделяется значительное внимание. Так, сотрудниками разработана новая золь-гельная технология нанесения на очковые линзы солнцезащитных и декоративных покрытий целой гаммы оттенков от оливкового до серо-голубого, которая успешно осваивается на Лидском заводе "Оптик". Уже выпущены опытные партии очковых линз с новыми покрытиями, успешно конкурирующие с зарубежными аналогами и намного дешевле их.

Наиболее перспективными, с нашей точки зрения, направлениями в создании новых высококачественных материалов и изделий по золь-гель-технологии являются:
• волоконная оптика, в частности, разработка и создание волоконных лазеров и усилителей, специального волокна для медицины и сенсорики, новых типов радиационностойких волокон; • интегральная оптика и опто-электроника с применением новых типов золь-гельных пленок и легированных слоев на кварцевых и кремниевых подложках;
• разработка новых типов композиционных материалов, в том числе оптических нанокомпозитов с нелинейными характеристиками и композитов органико-неорганической природы;
• разработка технологий производства элементов градиентной оптики рациональных заготовок для асферической и проходной оптики, а также трансформаторов света:
' создание ультрапористых сверхчистых материалов для фильтров и мембранной техники, а также пористых матриц для газовых, химических и биосенсоров.

Что такое золи?
Золи(коллоидные растворы)-это коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Золи с водной средой называются гидрозолями, с органической средой-органозолями. Частицы дисперсионной фазы золя(мицеллы) свободно участвуют в броновском движении. При коагуляции лиофобные золи (т.е. такие для которых характерно слабое взаимодействие частиц со средой) превращаются в гели.

Что такое гели?
Структурированные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Студенистые тела, механические свойства которых в большей или меньшей степени подобны механическим свойствам твердых тел. Частицы дисперсионной фазы соединяются между собой в рыхлую пространственную решетку, которая соединяет в своих ячейках дисперсионную среду, мешая текучести системы в целом.

Наибольший интерес проявляется к силикатным системам. В нашем случае мы используем ТЭОС
Свойства ТЭОС-а:
Жидкость
Температура кипения 168,5-168,60 С
d420=0,9335
nD20=1,3830
растворяется в инертных органических растворителях
реагирует с водой, высшими спиртами, силанолами с выделением C2H5OH

Включает четыре стадии
Гидролиз
Поликонденсация (мономер-полимер)
Наращивание наночастиц
Агломерация (присоединение, скопление в жидкости)

Параметры
Установление значения рН
Температура, время протекания процесса
Концентрация реагентов
Концентрация катализатора
Вода/кремний(мольное равенство)

Процессы Золь-Гель технологии-ион металла (в свободной или в лигандной форме)

Получение плёнок
Синтез золей
Нанесение пленок
Термообработка пленок

Гидролиз и поликонденсация
(RO)3≡Si-OR + H2O→(RO)3 ≡
≡ Si-OH+ ROH (Hydrolyses)
(RO)3 ≡ Si-OH+(RO)3 ≡ Si-OR → →(RO)3 ≡ Si-O-Si ≡(RO)3+ ROH
(RO)3 ≡ Si-OH+HO-Si ≡(RO)3 →
→(RO)3 ≡ Si-O-Si ≡(RO)3+H2O
R-углеводородный радикал -C2H5

Пленочная структура формируется путем разлива раствора на различные типы подложек (кремний , стекло, ситалл)с последующим центрофугированием.
Переход геля в ксерогель осуществляется путем естественного испарения растворителя и последующей дополнительной изотермической обработкой.
Гидролиз и поликонденсация происходит одновременно, а степень полноты протекания зависит от многих факторов: концентрация ТЭОС, концентрация воды, природа и концентрация растворителя , кислотности среды, температуры и длительности процесса синтеза.
Образование плёнок

Полупроводниковые пленки нанокомпозиционных систем
Золи представляют собой спиртовые растворы тетраэтоксисилана с добавлением солей хлорида двухвалентного олова SnCl2.H2O,которые служили источником диоксида олова, а источником SiO2 являлся ТЭОС. Для полного диспергирования добавлялось несколько капель концентрированной соляной кислоты. Пленочные структуры формировались путем разлива раствора на различные типы подложек.
Были получены композиционные материалы Al2O3 –SiO2 TiO2 - Al2O3.
Размеры пор исследовали рентгенографией, ртутной порометрией, дифференциально-термической и термогравиметрической анализами.

Недостатки
Дороговизна исходного материала
Усадка геля при сушке и спекании