Золь-гель технологія (sol-gel або spin on glass process) базується на властивості золи або колоїд-ного розчину коагулировать і перетворюватися в гелі, які представляють собою структуровані колоїдні системи з рідким дисперсійним середовищем.
Гелі є драглистими тілами, механічні властивості яких подібні механічними властивостями твердого тіла. У гелях частки дисперсионной фази з'єднані між собою в рихлу просторову сітку, осередки якої містять дисперсійне середовище. Гелі позбавлені властивості плинності. Гелі з водної дисперсії-ційної середовищем називаються гідрогелю, а з вуглеводневої - органогелямі.
Золь-гель технологія є зручним шляхом отримання дис-палої матеріалів, дозволяє виключити численні стадії промивки. В якості вихідних речовин використовують з'єднання, що не вносять домішки до складу кінцевого продукту.
В основі золь-гель технології лежать реакції полімеризації неорганічних сполук. Розрізняють такі стадії Золь гель технології:
- приготування розчину (в якості розчинників служить ал-коголь - спирти різної природи);
Зазвичай вихідними речовинами служать алкоксіли металів із загальною формулою M (OR) n. де М - метали (Ti, Zr, V, Zn, Al, Sn, Ge, Mo, Si, W, лантаніди і ін.), OR - одновалентна атомна група вуглеводневої радикала (алкила) і атома кисню (окси). Звідси і назва - алкоксіли. Наприклад, СН3 Про - метоксільних група, С2 Н5 Про - етоксільная група, або етокси.
Алкоксіли гідролізуються при додаванні води. Зазвичай реак-цію проводять в органічних розчинниках. Подальша полімерних-ризация (конденсація) призводить до формування гелю.
Наприклад, при п = 4
Реальний процес набагато складніше і протікає по многомарш-рутному механізму. При цьому істотне значення мають усло-вия протікання процесу, а саме, використання каталізаторів, природа металу і тип алкоксильной групи.
Золь-гель технологія включає процеси гідролізу, полімер-цію (або хімічно контрольовану конденсацію) гель-прокурений-сміття, нуклеацию (утворення зародків) і зростання часток з їх по-наступній агломерацією. Як прокурсоров найчастіше ис-товують тетраметілоксісілан (ТМОС) або Тетраетоксісилан (ТЕОС), які формують сілікагелевой структуру ( «господар») навколо допанта ( «гість»). Формується як би специфічна кліть-ка-пастка. Нуклеація протікає через освіту поліядерних комплексу, концентрація якого збільшується, поки не достига-ється деякий пересичення, яке визначається його розчинністю. З цього моменту починається ріст зародків, а нові зародки вже не утворюються. На стадії утворення гелю (желатинизации) мож-но проводити просочення гелю іонами різних металів.
Утворені оксополімери мають структуру ультратонкой по-Рісто сітки з розмірами пор 110 нм, подібну структурі цеолітів. Їх питома поверхня Sуд в залежності від умов синтезу склад-ляет 130 - 1260 м 2 / г, насипна щільність дорівнює 0,05 - 0,10 г / см 3. Ус-ловия сушки, під час якої відбувається видалення летких компо-нентов, визначають текстуру продукту. Освіта структури і тек-Стурена продукту завершується на стадії термообробки.
Цим методом можуть бути синтезовані нанокомпозити на основі-ве кераміки гетерометалічні типу, наприклад, перовскита зі структурою АВ03. Такі матеріали (в основному, плівкові, епітак-сіально орієнтовані) мають специфічні ферро-, пьезо- і піроелектричними властивостями і широко застосовуються в електро-ніку і оптоелектроніці. Перовскіту, наприклад PbTi03. зазвичай по-лучают, прожарюючи при температурах вище 600 ° С подрібнену в вибромельнице суміш РbО і ТiO2. Однак РbО токсичний і присутність його фази в кінцевому продукті небажано. Золь-гель технологія отримання перовскита PbTi03 вільна від цих недоліків. Результат-ні компоненти Ti (OPr) 4. Pb (AcO) 2 ∙ 3H2 0, етиленгліколь і лимон-ву кислоту перемішують при 50 ° С. Далі проводять Полімеризується-цію отриманих комплексів металів при 130 ° С і піроліз при 300 ° С. Утворився порошкоподібний прекурсор прокаливают на повітрі протягом 2 годин при 400 ° С - 600 ° С. У підсумку виходять тон-кі плівки PbTi03. зберігають властивості блокового матеріалу.