Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ Môn học HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Đề tài VẬT LIỆU SOL GEL GVHD Họ và tên sinh viên Hà Nội Năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC B.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ Mơn học: HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Đề tài VẬT LIỆU SOL-GEL GVHD : Họ tên sinh viên : Hà Nội - Năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ Mơn học: HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Đề tài VẬT LIỆU SOL-GEL GVHD : Họ tên sinh viên : Hà Nội - Năm 2018 SVTH : MSSV : GVHD: Mục lục Mục lục Lời mở đầu Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SOL-GEL 1.1 Lịch sử phát triển Sol-Gel 1.2 Sols, Gels trình Sol-Gel [2] 1.3 Các giai đoạn trình Sol-Gel [8] 11 1.4 Ưu điểm nhược điểm phương pháp Sol-Gel [2] 12 1.5 Ứng dụng tổng quát [8] 13 CHƯƠNG II MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔNG HỢP BẰNG SOL-GEL 16 2.1 Aerogel [1] 16 2.1.1 Tổng quan.[1] 16 2.1.2 Ứng dụng [1] 16 2.2 Vật liệu Sol-Gel Nanocomposites 21 2.2.1 Tổng quan [6] 21 2.1.2 2.3 Ứng dụng [6] 21 Cập nhật vật liệu Sol-Gel .25 2.3.1 SrBixLaxFe12 − 2xO19(0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrit [5] 25 2.3.2 Tinh thể đối xứng từ tính Ti thay Bi0.8Ba0.2FeO3 gốm [3] 26 2.3.3 Solgel thủy nhiệt ống nano Tb / Tourmaline / TiO2 hoạt tính quang xúc tác tăng cường [4] 27 CHƯƠNG KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: Lời mở đầu Mục tiêu báo cáo tìm hiểu khái quát đối tượng tìm hiểu vật liệu SolGel Kết báo cáo dựa sở tìm đọc tài liệu,so sánh, phân tích tổng hợp lại Trong q trình làm cịn nhiều khía cạnh vấn đề chưa tìm hiểu sâu cịn nhiều thiếu sót sở kiến thức có cịn hạn hẹp Vì em mong thầy đánh giá chỉnh sửa để giúp em hoàn thành tốt cho tập môn học Em xin trân thành cảm ơn, ➢ PGS.TS _giảng viên hướng dẫn chính, giúp đỡ hướng dẫn em hồn thành báo cáo ➢ Các thầy(cô) mơn thuộc Viện kỹ thuật hóa học_Đại học Bách Khoa Hà Nội trang bị cho em có kiến thức để thực tập môn học Sinh viên thực hiện: Điểm Đánh giá, nhận xét giảng viên HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Chữ viết tắt DLVO Dạng đầy đủ Lý thuyết DLVO đặt tên theo Boris Derjaguin Lev Landau, Evert Verwey Theodor Overbeek EMs (Energetic Materials) Vật liệu giàu lượng tổng hợp SolGel RSCE (Rapid Supercritical CO2 Extraction) Dòng CO2 siêu tới hạn nhanh CSCE (Supercritical CO2 Extraction) dòng CO2 siêu tới hạn HAp Hydroxy apatit SCIM Sample Collection of the Investigation of Mars RF Resorcinol-Formaldehyde Danh mục bảng Bảng Trang Bảng Ưu hược điểm phương pháp Sol-Gel HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) 12 Trang | SVTH : MSSV : GVHD: Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình vẽ/ biểu đồ Trang Hình Sơ đồ biểu diễn giai đoạn tuyến đường khác 10 công nghệ sol – gel Hình Sơ đồ ba loại vật liệu hỗn hợp lượng cao sol-gel cấu 16 trúc nano giàn giáo oxy hóa Hình Sự cháy Aerogel sắt (III) oxit vật liệu lượng 17 nano composite nhôm gây hiệu ứng nhiệt để tổng hợp chất cần nhiệt độ cao Hình Khối Arogel resorcinol-formaldehyde / ammonium 17 nitrate (3: w / w) có khả cho vật liệu lượng để đúc sấy khô hình dạng xác định rõ Hình Các vật liệu sol-gel pha tạp PtOEP: xerogel, RSCE aerogel, 18 CSCE aerogel (trái sang phải) Hình Một giọt nước bề mặt khối khơng khí silica kỵ 18 nước Hình hydrophbic silica aerogel block đặc tính truyền quang 18 Hình hai van tim nguyên mẫu aerogel monoleaflet 19 Hình Phi thuyền Stardust chứa thiết bị chụp siêu tốc 20 10 Hình 10 Các mơ-đun thu thập SCIM đề xuất chứa silica gel với mật độ 20 20 mg 11 Hình 11 Rover 2003 thăm dò Hỏa bề mặt Hỏa sử dụng 20 Aerogel graphit cách nhiệt 12 Hình 12 Đúc hợp kim nhơm (AlSi7Mg0.6) đúc thành khn cát với lõi 20 làm từ cát liên kết RF-aerogel Cốt lõi loại bỏ cách giải nhiệt 350 độ C Cát liên kết RF-aerogel với lượng chất kết dính cao 13 Hình 13 Một số hình ảnh ứng dụng aerogel nghệ thuật 21 14 Hình 14 Sơ đồ trình bày vi cấu trúc xốp hạt silica rỗng với 22 khuếch tán thuốc từ kênh xốp HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SOL-GEL 1.1 Lịch sử phát triển Sol-Gel [2] Sols gel hai dạng vật chất biết tồn tự nhiên cho thời gian dài Chúng bao gồm vật liệu khác mực, đất sét số vật liệu khác chất mắt, máu, huyết sữa Sols gel có phát sinh lợi ích khoa học thời gian dài Các sols lâu đời chuẩn bị phịng thí nghiệm tổng hợp vàng Faraday năm 1853 Chúng ổn định ngày Mãi đến năm 1861, Graham thành lập khoa học keo Kể từ nghiên cứu gốm keo sols tiến triển để cách thức mà sols nhạy cảm chúng với số yếu tố khác bắt đầutìm hiểu Chỉ gần kiểm sốt kích thước hạt muối vô Tương tự vậy, cần thiết để đạt tốt hiểu biết chất sols luật giải thích trạng thái chúng trước tổng hợp phân tán hạt xác định rõ Một đóng góp lớn hiểu biết hóa học sols đến từ DLVO lý thuyết tĩnh điện Điều lý thuyết đặc biệt người phân biệt kết tủa từ hỗn hợp huyền phù keo [7]Đối với gel, số gel silica tồn tự nhiên, tổng hợp chúng có từ kỷ XIX Ebelmen tạo silicagel vào năm 1846 Cossa tổng hợp gel alumina vào năm 1870 Kể từ sau, tất loại gel vô tổng hợp kỹ thuật khác sấy siêu tới hạn Kistler giới thiệu Điều sau dẫn đến việc sản xuất loại khí silic, alumina, zirconia, stannic oxit vonfram Vẫn cịn đồ gốm bên ngồi mỏ oxit, Stock Somieski tổng hợp silazan đầu tiên, tiền thân Si3N4 Nhất kỹ thuật gần bao gồm việc sử dụng chất hoạt động bề mặt, cho phép tạo xốp cấu trúc với đóng gói hình lục giác thường xun lỗ chân lơng hình trụ lỗ khác lai vật liệu hữu vô Một số gel tổng hợp gần Ví dụ, gel borơ đầu tiên, sản xuất vào năm 1984 Tohge cộng Số lượng ấn phẩm keo loại keo gốm sứ tăng đặn kể từ bắt đầu khoa học keo, số tính chất cấu trúc gel bắt đầu làm sáng tỏ sở chung Ví dụ, chi tiết lịch sử tóm tắt Her cho silica Gitzen cho alumina Flory sau thiết lập sở lý thuyết cần thiết để hiểu mạng cấu trúc gel động học hình thành gel hóa Cơng việc ban đầu anh HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: xử lý gel hữu sớm mở rộng đến chất vô Ngay sau đó, lý thuyết thấm nhuần Hammersley giải thích q trình tạo gel trường hợp đặc biệt tượng quan trọng xảy vật lý Hình dạng ren đặc trưng cho mạng gel gốm xốp thu đầu đầm nén sau mơ tả hình học fractal Mandelbrot giới thiệuTrong thời gian dài, rượu gel lợi ích khoa học túy Tuy nhiên, khu vực đặc biệt cao làm cho họ ngày thú vị lĩnh vực xúc tác Vào đầu năm 1960, theo tác phẩm đất sét oxit nhiên liệu hạt nhân Anh, Matijevic sản xuất hạt keo có kích thước hình dạng kiểm soát, gốm sản xuất cho sử dụng kỹ thuật Kể từ năm 1970, số lượng ấn phẩm ngày tăng lĩnh vực gel chất keo vô công bố Điều dẫn đến số lượng ngày tăng ứng dụng tiềm thú vị gốm sứ công nghệ cao; số người số họ có thương mại hóa Các quy trình sol-gel hồn thành mức độ nhu cầu sản phẩm tốt Độ tinh khiết cao bột submicron, nhiên liệu hạt nhân, dây dẫn điện tử , ion từ tính vật liệu sản xuất kỹ thuật sol-gel Xử lý Sol-gel hữu ích quan trọng sản xuất phức hợp tái tạo đồng vật liệu gốm cần thiết Như vấn đề thực tế, kỹ thuật thường coi là đường dẫn đến "gốm sứ tốt thơng qua hóa học" Tuy nhiên khía cạnh vật lý quan trọng khơng bỏ qua Những khía cạnh bao gồm đặc biệt lý thuyết DLVO, phương pháp thấm nước gelation nhiều nói chung, thiết kế "siêu cấu trúc" (tức là, quy mô tập hợp nhỏ nguyên tử) tài sản học từ tính 1.2 Sols, Gels trình Sol-Gel [2] ❖ SOLS Một sol ổn định ổn định hạt rắn dạng keo chất lỏng Đối với sol để tồn tại, hạt rắn, đậm đặc chất lỏng xung quanh, phải đủ nhỏ để lực lượng chịu trách nhiệm phân tán lớn lực hấp dẫn Hơn nữa, hạt phải bao gồm số nguyên tử vĩ mô đáng kể Trong thực tế, hạt q nhỏ, xác để nói phân tử dung dịch Ban đầu, "keo" gọi hạt vĩ mơ mà khơng thể vượt HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: qua thông qua màng lọc máu Tuy nhiên, định nghĩa khơng hạn chế giá trị xác phạm vi kích thước hạt có liên quan Thực tế, hạt sol keo phải có kích thước bao gồm 2nm 0,2Jlm; điều tương ứng đến 103 đến 109 nguyên tử hạt Các hạt phạm vi kích thước thích hợp chia Giới thiệu chế biến Sol-Gel thành ba loại Chúng bao gồm phần chia nhỏ vật chất rời (ví dụ: hạt nhỏ alumina), đại phân tử thực đủ lớn để keo (như protein), hạt nhỏ coi hai đại phân tử phần nhỏ vật chất vĩ mô (như hạt ren) Trong trường hợp phần chia nhỏ vật liệu rời, có hai pha nhiệt động lực học sol coi chất kỵ nước, kỵ nước nước dung mơi sử dụng Trong trường hợp đại phân tử thực, có giai đoạn nhiệt động lực học sau nói giải pháp ưa nước ưa nước Các hạt ren nhỏ khó khăn để mơ tả xảy ra, ví dụ, với số dạng keo silica Dung môi sử dụng để phân tán ổn định hạt keo sol thường nước tinh khiết giải pháp bao gồm chủ yếu nước Tuy nhiên, khác dung môi rượu sử dụng ❖ GELS Một gel mạng lưới liên kết chiều kết nối xốp mở rộng theo kiểu ổn định suốt môi trường lỏng giới hạn kích thước container Nếu mạng rắn làm hạt sol keo, gel cho keo Nếu mạng rắn làm đơn vị hóa học dạng keo sau gel polymer Một polymer, xác định Flory, nhóm phân tử có cấu trúc tạo thông qua "sự lặp lại một vài đơn vị tiểu học." Có đa dạng tuyệt vời vô sols gel số phân loại đề xuất, nhiều hoàn thành tất lần đưa Flory Bản chất gel phụ thuộc vào tồn mạng rắn môi trường lỏng Một số nhận xét phải thực trạng thái cân Các chất lỏng có mặt lưới mạng rắn có chứa gel; có không chảy cách tự nhiên trạng thái cân nhiệt động lực học với chất rắn mạng Nếu chất lỏng chủ yếu bao gồm nước, pha nước mặt có tỷ lệ lớn nhất, gel tương ứng aquagel (hoặc hydrogel) Một aquagel vật HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | SVTH : MSSV : GVHD: liệu mềm dễ dàng cắt dao Nếu pha lỏng phần lớn bao gồm loại rượu sau gel alcogel Cuối cùng, hầu hết chất lỏng loại bỏ, sau chất rắn giòn thu gọi xerogel airgel, tùy thuộc vào phương pháp sấy khô (chúng gọi đơn giản gel khơ) ❖ Sự đông (lạnh) tụ Gel Một dạng gel phân tán đồng xuất sol ban đầu cứng nhắc Q trình này, gọi đơng tụ , ngăn chặn phát triển tính khơng đồng vật liệu Một sol, giải pháp, chuyển đổi thành chất keo (hoặc polyme) gel cách qua gọi điểm gel Thực tế, vào thời điểm sol đột ngột thay đổi từ trạng thái lỏng nhớt thành pha rắn gọi gel Điểm gel thuộc tính sols gel gần điểm tốt đặc trưng khuôn khổ "lý thuyết tượng quan trọng" ❖ Sự kết tủa Gel Chất trung gian gel kết tủa gọi kết tủa gel Đó định nghĩa thường mơ hồ làm rõ bạn phải xem xét Lượng mưa kết hình thành uẩn dày đặc số trường hợp Điều kiện xác khơng cịn phân tán đặn chất lỏng Những sưu tập có kết cấu đóng gói densely mở Trong thực tế, điều kiện cho lượng mưa dễ dàng kết hợp với yêu cầu cho hình thành vô hạn Web xốp ba chiều tạo thành kết tủa gelous giống hệt loại liên kết ❖ Qúa trình SOL-GEL Nhiều định nghĩa trình sol-gel tồn Ví dụ xem xét qúa trình sol-gel tính đến oxit đa thành phần đồng cấp độ ngun tử Do đó, định nghĩa khơng bao gồm keo kết tủa hydroxit oxyhydrat kể từ chúng trở thành đồng phản ứng nhiệt độ cao Trong thực tế, thuật ngữ "sol-gel" bị hạn chế gel tổng hợp từ alkoxit Mặt khác, xác định quy trình "solgel" sản xuất oxit vơ cơ, từ phân tán keo từ alkoxit kim loại Tuy nhiên, quy trình sol-gel khơng lâu bao gồm oxit có số thành phần khác nitrit sulfua sử dụng gần q trình tổng hợp hữu vơ lai ngun vật liệu Quá trình sol-gel đường keo sử dụng để tổng hợp gốm sứ với giai đoạn trung gian bao gồm sol trạng thái gel HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 10 SVTH : MSSV : GVHD: Hình Sơ đồ ba loại vật liệu hỗn hợp lượng cao sol-gel cấu trúc nano giàn giáo oxy hóa [1] A.sol – gel với pha nhiên liệu tích hợp vào mạng xốp, hỗn hợp tạo chủ yếu sản phẩm pha rắn nhiệt độ cao phản ứng, có nguồn gốc từ kim loại xốp B.sol – gelgiàn giáo nơi kim loại đốt không khí để tạo lượng nó; giàn giáo nhiên liệu C.sol – gel với vơ cơpha oxy hóa tích hợp vào mạng nhiên liệu, hỗn hợp tạo sản phẩm khí chủ yếu phản ứng ▪ Một vài vật liệu ứng dụng Hình Sự cháy Aerogel sắt (III) oxit vật liệu lượng nano composite nhôm gây hiệu ứng nhiệt để tổng hợp chất cần nhiệt độ cao [1] ❖ Hóa học vật lý Hình Khối Arogel resorcinolformaldehyde / ammonium nitrate (3: w / w) có khả cho vật liệu lượng để đúc sấy khơ [1] hình dạng xác định rõ ▪ Aerogel làm chất cho hóa chất cảm biến Một cảm biến thiết bị đáp ứng với kích thích bên ngồi với đáp ứng đo Các cảm biến phản ứng hóa học bao gồm oxy nước (độ ẩm) Có nhiều ứng dụng hóa chất cảm biến, bao gồm giám sát loại pha khí cho chất lượng khơng khí ứng dụng an tồn, đo pH nồng độ ion khác mẫu nước Hóa chất lý tưởng phản ứng với chất phân tích có liên quan, với độ đặc hiệu độ nhạy cao, sử dụng nhiều loại phân tích lặp lại Ngồi ra, thiết bị cảm biến lý tưởng không tốn để sản xuất, đơn giản đến sử dụng, hai tái sử dụng tái chế Có nhiều tài liệu đáng kể việc sử dụng vật liệu sol-gel cảm biến hóa học HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 17 SVTH : MSSV : GVHD: ứng dụng Vật liệu Sol-gel hấp dẫn cho ứng dụng cảm ứng độ xốp chúng mật độ tương đối thấp; ra, số vật liệu sol-gel (silica nói riêng) có đặc tính quang học khiến chúng trở nên hữu ích máy quang học Ba đầu dò nhạy cảm với oxy: tris (2,2’-bipyridyl) ruthenium (II) [Ru(bpy) 3]2+, tris-4,7-diphenyl1,10-phenanthroline rutheni (II) [Ru (dpp) 3]+2 Platinum (II) octaethylporphine [PtOEP] RSCE aerogels xerogel Hình Các vật liệu sol-gel pha tạp PtOEP: xerogel, RSCEaerogel, CSCEaerogel (trái sang phải).[1] điều chế từ hỗn hợp tiền thân Những vật liệu có độ nhạy cao với oxy ▪ Silica Aerogel Block cho nghiên cứu vật lý lượng cao Trong nghiên cứu vật lý lượng cao, khối khí silic suốt thường sử dụng số khúc xạ thấp nó,tính kỵ nước độ bền cho độ ẩm Hình Một giọt nước bề mặt khối khơng khí silica kỵ nước [1] Hình Hydrophbic silica aerogel block đặc tính truyền quang [1] ▪ Ninh kết Silica Aerogels cho tổng hợp thủy tinh: Ứng dụng cho xử lý chất thải hạt nhân ❖ Y sinh ▪ Aerogel đưọc sử dụng cho thiết bị cấy ghép tim mạch Bệnh tim mạch biến chứng nguyên nhân hàng đầu gây tử vong dẫn tới nhu cầu lớn vật liệu sinh học phù hợp cho thiết bị cấy ghép tim mạch HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 18 SVTH : MSSV : GVHD: Nói chung, để vật liệu sinh học sử dụng hệ thống quan định trongcơ thể người, vật liệu phải tương thích với hệ thống tồn thiết bị thời gian sử dụng dịch vụ Đối với hệ thống tim mạch, điều bao gồm khả tương thích với máu bệnh nhân, đặc biệt đáp ứng miễn dịch huyết khối / huyết khối phản ứng khả tương thích với mạch máu, thiết bị tiếp xúc với chúng Hình hai van tim nguyên mẫu aerogel monoleaflet [1] ▪ Aerogels chất mơ Các bình aerogel silic polyeste tạo bọt (X-MP4-T045) tương thích với tế bào nội mơ, cho thấy chúng sử dụng giàn giáo cho kỹ thuật mô mạch máu ▪ Aerogels hệ thống phân phối thuốc ▪ Tương lai Aerogel ứng dụng y sinh Sự đóng góp thảo luận vài báo cáo điều tra aerogel bối cảnh sinh học Một số cơng thức aerogel chứng minh khả tương thích tốt với hệ thống tim mạch người khác tạo hình thành apatit cho tiềm tăng trưởng xương Những người khác cung cấp chứng cho thấy protein nhúng vào aerogel mẫu trì chức chúng sau loại bỏ protein Tại thời điểm này, nhiều công việc cần thiết để xác định cách aerogel áp dụng cho hệ thống sinh học khác nhau, nhiên, với cải tiến chế biến airgel với hiểu biết tốt vật liệu sinh học; người ta tin việc sử dụng aerogel ứng dụng sinh học đáng kể tương lai Như thảo luận trên, có liên kết trực tiếp cho silica aerogel sử dụng thiết bị cấy ghép tim mạch Tiềm cho aerogel mô giàn giáo kỹ thuật hệ thống phân phối thuốc thảo luận Cũng có tiềm để thích ứng với aerogel sử dụng làm lọc thiết bị ngoại HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 19 SVTH : MSSV : GVHD: vi, độ xốp cao, hành vi phi hành vi khả thực chức Mẫu Aerogels có khả sử dụng làm chất thay nha khoa sử dụng làm thành phần nhiều hệ thống cấy ghép khác Tuy nhiên, trước bước thực hiện, tương thích mẫu airgel phải xác nhận điều kiện liên quan đến ứng dụng ❖ Hàng không vũ trụ - Chụp hạt siêu tốc - Vật liệu cách nhiệt - Ngăn chứa chất lỏng đơng lạnh Hình Phi thuyền Stardust chứa thiết bị chụp siêu tốc Hình 10 Các mơ-đun thu thập SCIM đề xuất chứa silica gel với mật độ 20 mg / cc Hình 11 Rover 2003 thăm dị Hỏa bề mặt Hỏa sử dụng Aerogel graphit cách nhiệt ❖ Ngành công nghiệp kim loại Khuôn đúc cát với Resorcinol – Formaldehyde (RF) Aerogels làm chất kết dính Hình 12 Đúc hợp kim nhơm (AlSi7Mg0.6) đúc thành khuôn cát với lõi làm từ cát liên kết RF-airgel Cốt lõi loại bỏ cách giải nhiệt 350 độ C Cát liên kết RF-airgel với lượng chất kết dính cao HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 20 SVTH : MSSV : GVHD: ❖ Trong nghệ thuật Thông qua việc mô chế tác lại đồ vật vật liệu nhẹ silica-aerogel Hình 13 Một số hình ảnh ứng dụng aerogel nghệ thuật 2.2 Vật liệu Sol-Gel Nanocomposites 2.2.1 Tổng quan [6] [6] Các nanocomposites Sol-gel đại diện cho loại vật liệu sol-gel quan trọng lợi lộ trình chuẩn bị họ để tạo nên đa dạng vô tiền chất phân tử Điều dẫn đến hội pha trộn phân tử vô hữu thang đo chiều dài khả thi nhỏ Sức mạnh khả q trình sol-gel, điều kiện phản ứng nhẹ, tốt kiểm soát cấu trúc động học trình, khả tận dụng rộng rãi tiền chất khác nhau, cho phép có nhiều tài liệu tính chất Đặc biệt, chiến lược khác cách pha trộn thành phần vơ hữu dẫn đến vật liệu khác khám phá Hơn nữa, chương giải thích cách tách pha khắc phục tiền chất điều kiện phản ứng điều chỉnh cách 2.1.2 Ứng dụng [6] ❖ Sol-Gel thuốc hệ thống phân phối gen ▪ Silica HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 21 SVTH : MSSV : GVHD: Trong tất hệ thống phân phối vô cơ, hệ thống dựa silica hấp dẫn phổ biến cấu trúc vơ định hình giống lồng chúng khiến cho họ trình bày hình thức khác với kích thước hình thái khác Hơn nữa, phản ứng sol-gel alkoxit silic tetramethoxysilane (TMOS) tetraethoxysilane (TEOS) nhẹ nhiều so với alkoxit kim loại khác ethoxit titan, đó, kiểm sốt tốt Bằng cách kiểm sốt hiệu thơng số phản ứng bao gồm nhiệt độ phản ứng, nồng độ thuốc thử bổ sung tác nhân điều khiển cấu trúc, hệ thống phân phối thuốc silic khác có thu dạng hạt hạt rắn, mesoporous, hạt rỗng hạt có kích thước nanomet đến milimet, sợi, NT, nguyên khối Chúng sử dụng để cung cấp thành phần sinh học chẳng hạn DNA, yếu tố tăng trưởng thuốc chống ung thư Một tính quan trọng khác Hình 14 Sơ đồ trình bày vi cấu trúc xốp hạt silica rỗng với khuếch tán thuốc từ kênh xốp[6] nhóm silanol (Si-OH) liên kết siloxan (Si-O – Si) biocompat-ible tốt phản ứng với tác nhân liên kết silane khác với nhóm chức để có thêm chức Ví dụ, 3aminopropyltriethoxysilane (ATPES) sử dụng để sửa đổi hạt silica với nhóm chức amino để tiếp tục kết hợp DNA enzyme Các dạng silica sử dụng: - Silica rắn - Silica xốp - Hạt Silica rỗng xốp rỗng - Silica Xerogels ống nano ▪ Titania Titanium dioxide (TiO2) vật liệu vô nghiên cứu rộng rãi nhất: Trong số đa hình, anatase rutil hai dạng cấu trúc sử dụng lĩnh vực y sinh học Họ tìm thấy số ứng dụng cho mỹ phẩm sản phẩm HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 22 SVTH : MSSV : GVHD: chăm sóc da bảo vệ da khỏi tác hại ánh sáng tia cực tím, để kháng khuẩn khử mùi vật liệu với ổn định tốt khả lâu dài ▪ Apatite Hydroxy apatit (HAp: Ca5 (PO4) 3OH) cho thấy khả tương thích sinh học cao nanosized cân hóa học với tỷ lệ Ca / P lệch từ 5/3 với liên quan đến ion ngoại cacbonat florua Ngược lại, thiêu kết thể chết-nung tương thích vừa phải cấu trúc vị trí com giống tương tự thành phần vô tự nhiên khúc xương Hiện nay, số loại phốt phát canxi có sẵn thị trường, bao gồm HA hóa học cân không cân tricalcium phosphate (TCP) TCP, đa hình có nhiệt độ thấp nhiệt độ cao, có khả sinh học tốt so với HAp [98, 99] phosphat canxi biphasic, hỗn hợp TCP HAp, dùng để kiểm sốt thối hóa thể việc sử dụng chỉnh hình ❖ Xương tái tạo Sol-Gel thay ▪ Thủy tinh polymer nanocomposite Bioglass đại diện cho nhóm lớn kính có tài sản chung hoạt động sinh học để giới thiệu lắng đọng apatit giống xương bề mặt chúng cho hóa học liên kết với mơ xương cấy ghép khuyết tật xương Để cung cấp thêm chức năng, ma trận thủy tinh-gốm ma trận kết hợp với tổng hợp polyme tự nhiên PLGA polycaprolacrone (PCL) Chế tạo hạt nano thủy tinh hoạt tính sinh học (nBGC; tỷ lệ nguyên tử Si: Ca: P: O = 43: 34: 6: 17 sau phân tích tia X phân tán lượng) bắt nguồn từ Ca(NO3)2.4H2O, TEOS (NH4) 2HPO4 qua trình sol-gel, pha trộn với chitosan gelatin để có giàn giáo composite có lỗ chân lơng macro kích thước 150 * 300lm Những giàn giáo bị suy thoái sưng, tăng hấp phụ protein, gắn kết tế bào tốt lan rộng, với gia tăng nội dung nBGC Do đó, họ tuyên bố nếp gấp nanocomposite phát triển ứng cử viên tiềm cho ứng dụng tái tạo xương phế nang Kính tổng hợp hệ thống CaO – P2O5 – SiO2 sử dụng TEOS, (C2H5) 3PO4, Ca (NO3) 4H2O làm nguyên liệu ban đầu chế tạo giàn giáo compositecollagen-phosphatidylserine (BG – COL-PS) xốp vĩ mô thông qua kỹ thuật đông khô Các giàn giáo kết nối cấu trúc xốp với kích thước lỗ chân lông severallm lên đến khoảng 300lm với * 75% độ xốp HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 23 SVTH : MSSV : GVHD: ▪ Hỗn hợp polymer-ceramic Một loại hạt gốm khác kết hợp với polyme, lấy lợi thủ tục solgel dung dịch Chế tạo xốp giàn giáo hydroxyapatite-gelatin với lỗ chân lông giống kênh cấu trúc vi mỏng thơng qua q trình đóng băng sấy khơ Họ thấy việc nén tính chất học giàn giáo cải thiện với việc bổ sung gelatin: Cường độ tăng lên đến 5-6 lần, mô đun đàn hồi biến dạng khoảng gấp đôi Hydroxyapatite phủ carboxymethyl chitosan giàn giáo đáng kể thúc đẩy xương sống thân biệt hóa tế bào Phát triển tái tạo xương có hướng dẫn màng bao gồm hợp chất b-tricalcium phosphate poly (l-lactide-coglycolide-co-e-caprolactone) glutaraldehyde liên kết ngang hydroxyapatite collagen tự tổ chức nanocomposites để tạo mô xương Chế tạo giàn giáo composite HA / PCL xốp hoạt tính sinh học với lớp phủ biomi-metic để kích thích tái tạo xương ▪ Hỗn hợp Ca-P / Silica – Titania Sol-Gel Một số nghiên cứu sử dụng phương pháp biocer dựa titania để tái tạo xương Kỹ thuật nhúng để chế tạo titania /hydroxyapatite lớp phủ composite từ sol có chứa hỗn hợp titania hạt keo hạt submicron hydroxyapatite Chế tạo vật liệu tổng hợp titania-wollastonite qua tuyến sol-gel, đánh giá tính chất kháng khuẩn, hoạt tính sinh học ống nghiệm tăng sinh tế bào, tìm thấy hình thành lớp apatit nhanh Phát triển hydroxyapatite / titania (HA / TiO2) phủ hợp kim titan-zirconi khơng độc (TiZr) để kích thích lắng đọng apatit giống xương So sánh titania (TiO2) kỹ thuật xương sợi titan titania-silica (TiSi), không tráng (cpTi), họ nhận thấy khác biệt đáng ý lớp phủ sol-gel dẫn đến tăng cường tiếp xúc xương ban đầu phân phối mô xương, khơng tráng cấy ghép cho thấy hình thành xương chủ yếu trung tâm giàn giáo ❖ Ứng dụng thương mại lớp phủ Nanocomposite Sol-Gel Cơng nghệ nano hóa học cơng nghệ sol-gel dẫn đến lớp phủ công nghệ cao liên kết tốt với lớp khô dày vài micromet chất khác nhau, chẳng HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 24 SVTH : MSSV : GVHD: hạn kim loại, thủy tinh, gốm nhựa Sản xuất vô hữu giống lai trình sol-gel sở cho hầu hết công nghệ nano vật liệu để bảo vệ bề mặt Các tính loại vật liệu bao gồm: - Chất kết dính tốt hợp kim thép ánh sáng; - Trong suốt sắc tố; - Các lớp mỏng (trong suốt 0,2–15lm, sắc tố 5–20lm); - Bảo vệ tuyệt vời chống ăn mòn; - Chịu áp lực học; - Chịu dung môi hữu cơ; - Chịu nhiệt độ cao (hiện lên tới 700 C); - Hiệu ứng rào cản tốt chống lại kim loại nặng, mùi hương nhiều loại khí khác nhau; - Thuốc chống thấm nước dầu; - Khơng cần hồn thiện cromat bảo vệ chống ăn mòn; - Trong suốt sắc tố: sử dụng nhiều loại màu khác bề mặt công nghệ nano ❖ Các ứng dụng lớp phủ đặc biệt 2.3 - Lớp phủ chống xước mài mòn cho nhựa, kim loại, v.v - Lớp phủ đa chức để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn - Lớp phủ chống gỉ cho bề mặt thép không gỉ - Các bề mặt dễ lau chùi để bảo vệ thủy tinh, gốm sứ kim loại - Lớp phủ chống ẩm với đặc tính chống nấm mốc - Tự làm bề mặt phương tiện TheLotus - Hiệu ứng quang học quang xúc tác (ứng dụng ngoài) - Lớp phủ xúc tác để loại bỏ bồ hóng chất khác Cập nhật vật liệu Sol-Gel 2.3.1 SrBix Lax Fe12−2x O19 (0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrit [5] HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 25 SVTH : MSSV : GVHD: SrBixLaxFe12-2xO19 (0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrit tổng hợp trình đốt cháy tự động sol-gel kỹ thuật Ảnh hưởng Bi La thay thuộc tính cấu trúc, từ tính quang học nghiên cứu nhiễu xạ tia X (XRD), hồng ngoại chuyển đổi hồng ngoại (FT-IR), Rung mẫu từ kế (VSM) phổ phản xạ khuếch tán phần trăm (DR%) XRD phân tích xác nhận hình thành pha cho tất mẫu, độ tinh khiết sản phẩm FT-IR xác nhận Các đường cong từ hóa cụ thể (σ-H) tiết lộ sắt từ chất mẫu Từ hóa độ bão hịa cụ thể ngoại suy (σs) giảm từ 63.45 emu / g đến 49.84 emu / g với tăng Bi, La thay Sự suy giảm tương tự quan sát từ 32,6 emu / g đến 25,8 emu / g từ hóa cịn lại (σr) Kích thước tinh thể trung bình thay đổi phạm vi (43.28-51.40) nm Các trường cưỡng chế nằm khoảng từ 4682 Oe đến 5315 Oe Từ tính bất đẳng hướng định số bất đẳng hướng có hiệu tính toán (Keff) 5,57x10^5Ergs / g 4.03x10^5 Ergs / g Các quan sát nội lực cưỡng (Hci) 16000 Oe xác nhận tính chất từ cứng mẫu Các lô Tauc sử dụng để ngoại suy khoảng cách dải quang lượng trực tiếp (Ví dụ) hexaferrites Các giá trị Eg giảm từ 1,81 eV xuống 1,68 eV với hàm lượng Bi, La tăng lên 2.3.2 Tinh thể đối xứng từ tính Ti thay Bi0.8Ba0.2FeO3 gốm [3] Oxit đa nhân (ABO3) biết đến rộng rãi chúng có nhiều vật lý hấp dẫn tượng; chẳng hạn đồng tồn ferroelectricity từ tính, khổng lồ magneto kháng Trong hầu hết đa nhân, electron kim loại chuyển tiếp chưa ghép nối điều kiện tiên cho từ tính làm giảm xu hướng biến dạng điện tâm trung tâm Vì vậy, để đồn kết tính sắt từ ferroelectricity vật liệu perovskite đa kim loại với hệ số khớp nối điện từ lớn nhiệt độ phòng nhiệm vụ khó khăn Trong số ơxít đa tầng khác nhau, BiFeO3 (BFO) ứng cử viên đa nhân hứa hẹn nhiệt độ Curie cao (Tc ~ 810oC) nhiệt độ Neel cao (TN ~ 370oC) BFO mua lại cấu trúc perovskite rhombohedral bị biến dạng với nhóm khơng gian R3c cho thấy G-loại antiferromagnetism trật tự spin địa phương ion Fe3 +, tạo thành cycloidal cấu trúc spin xoắn ốc Tính sắt từ hợp chất dịch chuyển tương đối cation phát sinh từ hoạt động lập thể 6s2 electron đơn lẻ ion Bi3 + Vấn đề BFO, giới hạn số ứng dụng nó, rị rỉ lớn mật độ dịng chảy nhiệt độ phịng hình thành pha thứ cấp Để màkhắc phục vấn đề cải thiện tính chất sắt điện từ sắt từ BFO, số lượng lớn dopants sử dụng Ion kiềm (Ba, Ca, Sr, Pb, vv) doping Bi trang web BFO làm tăng từ hóa mà cịn làm tăng dịng rị cách tạo vị trí tuyển dụng oxy, doping nội dung tối ưu hóa ngăn chặn giai đoạn thứ cấp kết đặc tính đa bội cải tiến HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 26 SVTH : MSSV : GVHD: Doping ion hóa trị cao (ví dụ: Ti4 +, Nb5 +, V5 +vv) vị trí Fe tìm thấy để giảm dòng rò BFO số lượng lớn màng mỏng đó, cuối cải thiện tính chất sắt từ Tính chất sắt từ nghiên cứu để hiểu mối tương quan cấu trúc tinh thể tính chất từ tính Mối quan hệ đối xứng tinh thể chức tối ưu hóa hiệu suất vật liệu chức cho ứng dụng công nghệ 2.3.3 Solgel thủy nhiệt ống nano Tb / Tourmaline / TiO2 hoạt tính quang xúc tác tăng cường [4] Vật liệu nano TiO2 sử dụng rộng rãi việc bảo vệ môi trường nước lọc tính chất vật lý hóa học ổn định, khơng độc hại không tốn Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng lượng mặt trời thấp, tái tổ hợp tốc độ cao electron lỗ photon tạo hạn chế khả ứng dụng vật liệu nano TiO2 Vì vậy, quan tâm lớn để cải thiện hoạt động quang xúc tác TiO2 cho ứng dụng Cho đến nay, có số chiến lược nghiên cứu để cải thiện quang xúc tác hoạt động TiO2 Ví dụ, doping kim loại quý, Au, Ag, Pt Pd Doping phi kim loại, C, N, S F Tinh thần chuyển tiếp doping, Fe, Co, Ni, Mn Cu Tất phương pháp doping cải thiện hoạt động quang xúc tác mức độ định, chất xúc tác doping thể bất ổn ứng dụng Hoạt tính quang xúc tác giảm đáng kể với thời gian xe đạp tăng lên Doping chứng minh có hiệu cách để cải thiện hoạt động quang xúc tác TiO2, vấn đề ổn định chất xúc tác hoạt động quang xúc tác So với chất xúc tác nano truyền thống, nano TiO2 1-D có diện tích bề mặt cụ thể lớn có hoạt tính quang xúc tác cao hơn, nano TiO2 1-D lĩnh vực nghiên cứu nóng Chuẩn bị nano TiO2 1-D chủ yếu dựa vào phương pháp mẫu, anốt phương pháp oxy hóa, phương pháp quay tĩnh điện phương pháp thủy nhiệt Phương pháp thủy nhiệt thu hút nhiều ý trình vận hành đơn giản nó, chi phí thấp tương thích với sản xuất công nghiệp Trong nghiên cứu chứng minh phương pháp solgel-thủy nhiệt tổng hợp chu kỳ tái chế ổn định Tb / Tourmaline / TiO2 nano ống (NTs) triển lãm hiệu suất cao quang xúc tác suy thoái Methyl Orange (MO) dung dịch nước Sau đó, có hệ thống đặc trưng cho NTT Tb / Tourmaline / TiO2 chế quang xúc cách chi tiết điều tra CHƯƠNG KẾT LUẬN HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 27 SVTH : MSSV : GVHD: [9] [10] [11] Tổng hợp Sol-gel thu hút nhiều quan tâm năm gần Kể từ hóa học vi cấu trúc rắn xác định tính chất, cơng nghệ sử dụng để thiết kế vật liệu có định học, quang học, tính chất điện tử hóa lý Những vật liệu nguyên khối, phim, sợi, bột Sol-gel tổng hợp cung cấp mức độ kiểm soát thành phần cấu trúc tạimức phân tử thực với phương pháp thiêu kết kết tủa truyền thống Nó cung cấp giải pháp thay kinh tế cho sản xuất lớp lắng đọng lớp phủ sợi Do hóa học vi cấu trúc kiểm sốt chúng, sol-gel tăng cường nhiệt độ thấp nhiều so với nhiệt độ thiêu kết thơng thường, tiết kiệm lượng bảo vệ cấu trúc tinh tế vật liệu chất Cấu trúc vi mơ kiểm sốt để sản xuất phim quang học, hỗ trợ chất xúc tác, thân gốm nguyên khối Kể từ phân tử tiền thân tinh khiết hịa tan, vị trí ngun tử liên kết được điều khiển để điều chỉnh tính chất học, quang học, điện tử hóa học sản phẩm miễn phí từ tạp chất truyền thống Halide chất hữu gốc tự thêm vào giải pháp tổng hợp để điều chỉnh tính chất quang học học nhiều thiết bị (ví dụ: laser, kính áp trịng) Kỹ thuật sol-gel hứa hẹn cung cấp giải pháp thay cho kỹ thuật hóa chất lắng đọng hình thành màng hạt Là hóa học vật lý hệ thống sol-gel định lượng, thiết kế bề mặt hóa học bề mặt Tuy nhiên, tiềm thực đầy đủ, kỹ thuật tổng hợp phải biến thành kỹ thuật phản ứng Các nghiên cứu trước tiết lộ số động lực định tính xu hướng, thiếu mối quan hệ chức cấu trúc phản ứng khả phản ứng Vẫn cịn thiếu Q trình cung cấp ưu điểm hấp dẫn sau so với trở thành sản xuất sợi hạt truyền thống loạt kính đa thành phần Tỷ lệ phản ứng nồng độ chất phản ứng, chất trung gian, sản phẩm, dung môi chất xúc tác hàm phức tạp thời gian Kỹ thuật cấu trúc vi mơ tối thượng thành phần địi hỏi hiểu biết định lượng số tượng phụ thuộc lẫn Sự thiếu hiểu biết dẫn đến vấn đề xử lý chung lớp phủ không đồng HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 28 SVTH : MSSV : GVHD: độ dày, nứt, co ngót, pinholes hạn chế thành cơng sản xuất vật liệu tổng hợp kính đa thành phần Một khả thú vị cung cấp công nghệ solgel hướng dẫn tổng hợp oxit trạng thái siêu bền tiểu thuyết Vì vấn đề lớn động học, có lợi để điều tra việc sử dụng tác nhân đạo trình phản ứng dọc theo đường mong muốn Nó chứng minh axit bazơ hòa tan hoạt động chất xúc tác, đạo việc tạo gel SiO2 theo đường khác rõ rệt; định lượng mối quan hệ thông số hóa học cấu trúc sản phẩm trung gian sản phẩm thiếu Hơn nữa, số nghiên cứu có hệ thống bao gồm vấn đề quan trọng vai trò chất thay kim loại, chất xúc tác, mức độ ion hóa, alkoxide trao đổi vận chuyển HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 29 SVTH : MSSV : GVHD: TÀI LIỆU THAM KHẢO Alain C Pierre (auth.), Michel A Aegerter, Nicholas Leventis, Matthias M Koebel (eds.) (2011), Aerogels Handbook_Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies, The International Sol-Gel Society (ISGS), Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA Alain c Pierre(auth), Lisa Klein (eds) (1998), Introduction to Sol-Gel Processing, Springer Science+Business Media New York LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA Anju, Ashish Agarwal, Praveen Aghamkar, Bhajan Lal, Vijender Singh (2017), “Crystal symmetry and magnetism in Ti substituted Bi0.8Ba0.2FeO3 ceramic”, Ceramics International, Volume 43, Issue 10, July 2017, Pages 7408-7414 Fengping Huang, Yuyu Guo, Shuai Wang, Shuang Zhang, Mengli Cui (2017), “Solgel-hydrothermal synthesis of Tb/Tourmaline/TiO2 nano tubes and enhanced photocatalytic activity”, Solid State Sciences, Volume 64, February 2017, Pages 62-68 I.A Auwal, A Baykal, S Güner, H Sözeri (2017), “Magneto-optical properties of SrBixLaxFe12-2xO19(0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrites by sol-gel autocombustiontechnique”, Ceramics International, Volume 43, Issue 1, Part B, January 2017, Pages 1298-1303 Michel A Aegerter, Michel Prassa (eds), Sol-Gel Nanocomposites_Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies, The International Sol-Gel Society (ISGS), Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA Yosry A A ttia (1994), Sol-Gel Processing and Applications, Springer Science+Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA Wikipedia, “Sol-gel process” (2018), https://en.wikipedia.org/wiki/Sol%E2%80%93gel_process XIInd International Workshop on Sol-Gel Science and Technology (2003), Book of Abstracts, International Conference, Sydney, Australia 10 XIVth International Sol-Gel Conference (2007), Book of Abstracts, Le Corum, Montpellier, France HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 30 SVTH : MSSV : GVHD: 11 XVth International Sol-Gel Conference (2009), Book of Abstracts, Porto de Galinhas, Pernambuco, Brazil HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 31 ... tái chế Có nhiều tài liệu đáng kể việc sử dụng vật liệu sol- gel cảm biến hóa học HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 17 SVTH : MSSV : GVHD: ứng dụng Vật liệu Sol- gel hấp dẫn cho ứng dụng... dẫn xuất sol- gel khác vật liệu EMs tóm tắt ba cấu trúc nano lượng tổng hợp sol- gel chung thể hình HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313) Trang | 16 SVTH : MSSV : GVHD: Hình Sơ đồ ba loại vật liệu hỗn... QUAN VỀ SOL- GEL 1.1 Lịch sử phát triển Sol- Gel 1.2 Sols, Gels trình Sol- Gel [2] 1.3 Các giai đoạn trình Sol- Gel [8] 11 1.4 Ưu điểm nhược điểm phương pháp Sol- Gel [2]