ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОРЫВ XXI ВЕКА Мурадова Айтан Талыбова Сехрана

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. Проблемная научно- исследовательская лаборатория перспективных материалов ГГУ им. Ф.Скорины Пинский завод "Камертон" и НПО "Интеграл" Лидский завод "Оптик"

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 168,5-168,6 0 С d 4 20 =0,9335 n D 20 =1,3830 растворяется в инертных органических растворителях реагирует с водой, высшими спиртами, силанолами с выделением C 2 H 5 OH

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) Полимер(золь) RO Me +H 2 O стабилизатор Гидролиз+Поликонденсация -H 2 O Гель Ксерогель T > 400 C -H 2 O -стабилизатор Пористый оксид

Получение плёнок Синтез золей Нанесение пленок Термообработка пленок

Гидролиз и поликонденсация (RO) 3Si-OR + H 2 O(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 +H 2 O R-углеводородный радикал -C 2 H 5

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

Нейтрализация золя водным раствором аммиака(0,1 мол/л) до рН 6

Полупроводниковые пленки нанокомпозиционных систем Золи представляют собой спиртовые растворы тетраэтоксисилана с добавлением солей хлорида двухвалентного олова SnCl 2. H 2 O,которые служили источником диоксида олова, а источником SiO 2 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 Al 2 O 3 – SiO 2 TiO 2 - Al 2 O 3. Размеры пор исследовали рентгенографией, ртутной порометрией, дифференциально-термической и термогравиметрической анализами.

Недостатки Дороговизна исходного материала Усадка геля при сушке и спекании

Список литературы Майоров С.А «Получение слоев золь-гель методом для газочувствтельных датчиков» Е.О.Клебанский, А.Ю. Кудзин,В.М. Посальский, С.Н. Пляка, Л.Я. Садовская, Г.Х. Соколенский «Тонкие золь-гель пленки висмута», физика твердого тела, 1999г. т41, вып.6 Reisfeld R. Smart Optical Materials by Sol-gel method, Sol-gel gateway, April 2005 Электронно-зондовый микроанализ мембран из Al2 O3, полученных золь- гель способом.Xu-Xiao-Hong, Bai Zhan-Ciang, Wu Jian-Feng, , #1 И. Мельченко, Е. Подденежный «Золь-гель технология- прорыв XXI века», журнал технологического оборудования и материалы 3, март 1998г. С.А.Золотовская, Н.Н. Поснов, П.В. Прокошин, К.В. Юмашев, В.С.Гурин, А.А. Алексеенко «Нелинейные свойства фототропных сред на основе наночастиц СuxSe в кварцевом стекле», Физика и техника полупроводников, 2004 г. т.38, вып.7 А.И.Борисенко, Л.В.Новиков, Н.Е. Приходько, И.М.Мигникова, Л.Ф.Чепин «тонкие неорганческие пленки в микроэлектролите», (Л., Наука, 1972) D.Dmitrov, O.F. Loutskaya, V.A. Moshnikov Electron Technology,33 (1/2)61 (2000) A. Martucci, N.Bassiri, M. Guglielmi, L. Armeloo, S.Gross, J.C.Pivin, j. Sol-gel Sci Technol., 26, 1 (2003) А.С.Ильин, А.И. Максимов, В.А.Мошников, Н.П. Ярославцев «внутреннее трение в полуроводниковых тонких пленках, полученных методом золь- гель технологии»