Nghiên cứu tổng hợp vật liệu bi0 5k0 5tio3 có pha tạp mn bằng phương pháp sol gel và khảo sát một số tính chất vật lý của chúng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC PHẠM VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Bi0.5K0.5TiO3 CÓ PHA TẠP Mn BẰNG PHƢƠNG PHÁP SOL-GEL VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Vật lí Chất rắn Mã số: 60.44.01.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THANH HĨA – 2016 Luận văn hồn thành : Trường Đại học Hồng Đức Người hướng dẫn khoa học: TS Đặng Đức Dũng TS Lƣơng Thị Kim Phƣợng Phản biện 1: PSG.TS Lục Huy Hoàng Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Hùng Mạnh Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ khoa học Tại: Trường Đại học Hồng Đức Vào hồi: 10giờ 40 ngày 30 tháng 10 năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn thư viện trường Đại Học Hồng Đức MỞ ĐẦU Vật liệu đa pha sắt điện sắt từ (multiferroic) gần nghiên cứu phát triển mạnh chúng có đặc trưng sắt điện sắt từ Điều đặc biệt từ độ vật liệu điều kiển điện trường ngồi độ phân cực điện điều khiển từ trường Vật liệu hứa hẹn nhiều ứng dụng linh kiện điện tử, đặc biệt cơng nghệ lưu trữ tốn lượng, nên tăng mật độ lưu trữ công nghệ nano đạt đến giới hạn Trong tự nhiên, vật liệu multiferroic tồn tính cạnh tranh đặc trưng sắt điện sắt từ Trong cấu trúc perovskite (ABO3), đặc trưng sắt từ đòi hỏi lớp chuyển tiếp 3d điền đầy phần, nhiên đặc trưng sắt điện lại đòi hỏi lớp 3d phải trống Chính việc nghiên cứu chế tạo vật liệu multiferoic toán để ngỏ cần nghiên cứu Về mặt học thuật, tương tác định đặc trưng sắt điện vật liệu phụ thuộc lớn vào họ vật liệu cụ thể, tích hợp vật liệu sắt điện-sắt từ vật liệu mở hướng nghiên cứu thú vị Gần đây, vật liệu sắt điện PbTiO3 tích hợp thêm đặc trưng sắt từ nhờ pha tạp số kim loại chuyển tiếp, tổ hợp với vật liệu sắt từ dạng composite, chế tạo dạng màng mỏng đa pha sắt điện/sắt từ Việc phát triển thêm đặc trưng từ tính vật liệu PbTiO vật liệu sử dụng tương đối phổ biến linh kiện điện tử Tuy nhiên, vật liệu có hạn chế hàm lượng nguyên tố chì (Pb) chiếm hàm lượng lớn ~60% khối lượng Chì nguyên tố độc hại sức khỏe người có tác động tiêu cực tới mơi trường Do đó, việc loại bỏ nguyên tố Pb nhu cầu thiết yếu Trong số họ vật liệu sắt điện khơng chứa chì họ vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 gần quan tâm nghiên cứu chúng có đặc trưng sắt điện, áp điện điện môi tốt Đặc trưng từ tính vật liệu gần nhóm nghiên cứu cơng bố hệ vật liệu Fe hay Ni pha tạp Bi0.5K0.5TiO3 Gần đây, luận văn thạc sĩ học viên Vương Khả Anh đề cập đến nguyên nhân gây từ tính vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 cách pha tạp nguyên tố Cr Trong luận văn này, đặc trưng từ tính vật liệu Bi 0.5K0.5TiO3 pha tạp Mn thảo luận chi tiết CHƢƠNG VẬT LIỆU GỐM SẮT ĐIỆN KHƠNG CHÌ Bi0.5K0.5 TiO3 VÀ MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO 1.1 Sơ lƣợc xu hƣớng phát triển vật liệu gốm sắt điện khơng chì Hiệu ứng áp điện lần phát vợ chồng nhà khoa học Pierre Jacques Curie vào năm 1880 tiến hành nghiên cứu suất điện tích bề mặt tác dụng áp suất số loại khoáng vật tourmaline, quartz, Rochell v.v [1] Tuy nhiên, kết nghiên cứu không ứng dụng vào thực tế Hiệu ứng áp điện lần ứng dụng linh kiện thụ động sonar xác định vị trí vật nước có độ sâu khoảng 1500m với tần số hoạt động khoảng 50 kHz Linh kiện Paul Langevin chế tạo thời gian chiến tranh giới thứ dựa việc dán tạch anh mỏng thép [1] Tuy nhiên, phát kiến không lĩnh vực quân dân dụng ý Trong chiến tranh giới lần thứ 2, vật liệu gốm áp điện phát triển cách mạnh mẽ dựa hai khám phá độc lập nhóm nghiên cứu Mỹ, Nhật Liên bang Sô Viết Vật liệu phát triển dựa sở vật liệu gốm áp điện chứa BaTiO3 Vật liệu có số điện mơi lớn cỡ 1100, cao 10 lần so với vật liệu TiO2 (cấu trúc rutile), lớn thời điểm [2] Việc phát vật liệu làm cho kích cỡ tụ điện giảm đáng kể khiến cho việc vận chuyển, ứng dụng thiết bị trở nên dễ dàng thuận lợi hơn, đặc biệt tính động thời chiến Vật liệu BaTiO3 đưa thức vào ứng dụng dân dụng với sản suất công nghiệp từ năm 1947 [2] Ngành công nghiệp gốm áp điện linh kiện sử dụng vật liệu áp điện phát triển mạnh khoảng năm 50 kỷ 19 nhờ phát đặc trưng áp điện sắt điện tuyệt vời vật liệu gốm Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) [1, 2] Sau đó, đặc trưng áp điện sắt điện phòng khoa học tập trung vào nghiên cứu phát triển mạnh mẽ với hàng loạt vật liệu gốm áp điện khác tìm thấy (Pb,La)(Zr,Ti)O3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3) hay Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 v.v, khoảng thời gian từ nghiên cứu đến sản suất thương mại rút ngắn nhiều Ngày nay, vật liệu áp điện, sắt điện Pb(Zr,Ti)O sử dụng cách phổ biến cảm biến, chấp hành, tụ điện hay cấu chuyển đổi tích trữ lượng v.v Khảo sát thống kê thị trường vật liệu áp điện nhóm Jo cộng thể hình Hình 1: Thị phần tồn cầu vật liệu áp điện (a) ứng dụng (b) vật liệu [3] Theo kết thống kê khảo sát thị trường vật liệu áp điện dựa ứng dụng cho thấy giá trị tăng mạnh từ 6,587 triệu đô la năm 2009 lên đến 12,290 triệu đô la năm 2014 [3] Tuy nhiên, kết khảo sát cho thấy đa phần ứng dụng dựa vật liệu áp điện chứa chì PZT, chiếm 95% ứng dụng, cịn ứng dụng vật liệu sắt điện khơng chứa chì chiếm hàm lượng khiêm tốn (0.4-1.0%) [3] Qua số liệu thống kê cho thấy thị trường ứng dụng vật liệu to lớn, qua cho thấy thị trường nhanh chóng bị ảnh hưởng điều kiện, tiêu chuẩn, quy định khắt khe tiêu chuẩn môi trường sức khỏe người vật liệu ứng dụng chủ yếu dựa vật liệu sắt điện chứa chì PZT Chì nguyên tố bị hạm chế cấm sử dụng linh kiện điện tử tác động nguy hại đến mơi trường sức khỏe người trình sản suất, sử dụng tái chế [4] Sự nguy hại nguyên tố chì ô nhiễm môi trường đặc biệt chậm phát triển trí tuệ trẻ em nhiễm độc chì gần liên tục phương tiện thông tin đại chúng đưa tin làng nghề tái chế phế liệu làng Đông Mai, xã Chỉ Đạo, Hưng Yên (bản tin thời VTV 19h ngày 05 07 tháng 05 năm 2015 tình trạng nhiễm mơi trường nhiễm độc chì) Mặc dù vật liệu PZT độc hại đặc tính ưu việt mà chưa vật liệu sắt điện khơng chứa chì có được, nên thời điểm vật liệu PZT sử dụng rộng rãi linh kiện điển tử Do đó, việc địi hỏi phát triển hệ vật liệu sắt điện khơng chì vấn đề cấp thiết đặt Theo số liệu thống kê nhóm Jo cộng cho thấy vật liệu sắt điện khơng chì triển khai nghiên cứu mạnh từ năm 2000 có bước đột phá vào khoảng năm 2008 số lượng cơng trình tăng đột biến, hình [3] Hình 2: Thống kê số lượng cơng trình cơng bố theo năm liên quan đến vật liệu sắt điện khơng chì [3] Các kết nghiên cứu khảo sát nhóm nghiên cứu vật liệu sắt điện bismuth-alkali-titanate based cho thấy nhóm vật liệu có tính chất áp điện thể so sánh với vật liệu PZT (ví dụ PIC151), hình [4] Kết thống kê ảnh hưởng tạp đến tính chất áp điện vật liệu gốm áp điện khơng chì Bi0.5(Na,K)0.5TiO3 nhóm nghiên cứu Quân cộng thể hình giá trị điện áp cực đại với thành phần pha tạp tốt thể bảng Các kết nghiên cứu chứng tỏ khả thay vật liệu sắt điện không chì số linh kiện sử dụng vật liệu sắt điện PZT Điều quan trọng định hướng phát triển hệ vật liệu sắt điện thân thiện với môi trường người, đáp ứng tốt đòi hỏi tính chất việc chế tạo linh kiện Hình 3: Khảo sát giá trị áp điện (Smax/Emax) cơng bố theo năm (từ 20082014) vật liệu gốm áp điện khơng chì Bi0.5(Na,K)0.5TiO3 [4] Hình 4: Ảnh hưởng tạp đến đặc trưng áp điện vật liệu gốm áp điện khơng chì Bi0.5(Na,K)0.5TiO3 [4] Bảng 1: Thống kê hệ số áp điện số vật liệu gốm áp điện [4] 10 - Trƣờng Đại học công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội: Nhóm nghiên cứu PGS Phạm Đức Thắng phát triển vật liệu áp điện theo hướng tổ vật liệu sắt từ từ giảo Qua phần khảo sát sơ tình hình nghiên cứu số đơn vị nước chúng tơi có nhận xét rằng: - Một số nhóm nghiên cứu ứng dụng vật liệu gốm áp điện chủ yếu dựa vật liệu chứa chì PZT Theo phần trình bày trên, việc nghiên cứu vật liệu khơng cịn hợp thời ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người môi trường Bên cạnh đó, việc đạo luật nghiêm cấm hạn chế sử dụng nguyên tố độc hại có chì dùng thiết bị điện tử EU rào cản lớn dùng vật liệu PZT sản phẩm thương mại để thâm nhập vào thị trường EU - Việc nghiên cứu vật liệu gốm áp điện khơng chì nghiên cứu phát triển Việt Nam, nhiên vật liệu gốm áp điện không chì BKT chưa quan tâm nghiên cứu Đó vấn đề cịn để ngỏ cần triển khai nghiên cứu ứng dụng 1.5 Vật liệu sắt điện khơng chì Bi0.5K0.5TiO3 1.5.1 Đặc trƣng cấu trúc Vật liệu sắt điện khơng chì Bi0.5K0.5TiO3 (BKT) có cấu trúc perovskite loại tứ giác nhiệt độ phòng lần công bố Smolenskii cộng [31] Theo kết nghiên cứu nhóm Ivanova [32], vật liệu BKT có cấu trúc tứ giác với số mạng tương ứng a = 3.913Ǻ c = 3.993Ǻ nhiệt độ phịng Gần đây, kết nhóm nghiên cứu Li cộng công bố cho thấy cấu trúc BKT chế tạo phương pháp sol-gel perovskite tứ giác với nhóm điểm 4mm 11 thông số mạng a = 3.941°A c = 4.002°A Mơ hình cấu trúc trực quan vật liệu BKT cấu trúc bát diện thể hình 13 Hình 13 Mơ hình trực quan cấu trúc vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 [28] 1.5.2 Một số tính chất vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 1.5.2.1 Đặc trƣng dao động mạng tinh thể Kết phân tích Raman mẫu khối BKT thực nhóm Hou đưa năm 2005 thể hình 14 [33] Phổ Raman quan sát thấy rộng, với đỉnh tán xạ quan sát vị trí có số sóng 150, 201, 276, 332, 529, 633 cm-1 Giải thích nguyên nhân dải phổ Raman BKT rộng, nhóm Hou cho phân bố cách ngẫu nhiên cation 12 đỉnh liền kề gây dẫn tới chồng chập mode tán xạ Raman Các vị trí đỉnh tán xạ số sóng thấp thu cặp liên kết K-O, kho đỉnh tán xạ vùng số sóng cao gán cho dao động khối liên kết bát giác TiO6 nằm tinh thể Theo nhóm Hou cộng sự, khối lượng nguyên tử bismuth lớn, nên dao động động liên kết Bi-O có tần số nhỏ nên số sóng quan sát liên kết bé, quan sát giải phổ Raman đo 12 Số sóng (cm-1) Hình 14 Phổ tán xạ Raman mẫu Bi0.5K0.5TiO3 [33] 1.5.2.2 Đặc trƣng sắt điện Mẫu vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 cho thấy tượng trễ vịng lặp nhiệt độ 320° C tính nhiệt áp điện đạt tối đa nhiệt độ 377° C, tính chất sắt điện điển hình [34] Các mẫu tự phát phân cực 0.68μC/cm2 với EC = 50-60 KV / cm Kết tương tự nhóm Rao báo cáo vào năm 2010 [35] Hình 15 Chu trình điện trễ nhiệt độ phịng vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 [34] Chu trình điện trễ nhiệt độ phòng mẫu vật liệu Bi 0.5K0.5TiO3 thể hình 15 Theo nghiên cứu nhóm Hiruma cộng sự, đặc trưng sắt điện áp điện vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 có hệ số phân cực 13 điện dư Pr cỡ 22.2 μC/cm2 lực kháng điện EC = 52.5 kV/cm, hệ số điện k33= 0.28, d33 = 69.8 pC/N trở suất mẫu đạt giá trị thấp 1011 Ω.cm ảnh hưởng pha tạp chất mẫu chế tạo phương pháp gốm ép nhiệt độ cao [34-37] Đồng thời, kết nghiên cứu cho thấy cấu trúc vật liệu thu cho mật độ 93%, lẫn tạp chất K2Ti6O13 phương pháp nung thường dùng khác [36, 37] 1.5.2.3 Sự phụ thuộc số điện môi tổn hao điện trễ theo nhiệt độ Đặc trưng điện môi vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 theo nhiệt độ tần số cơng bố nhóm Hou cộng sự, hình 16 [36] Kết cho thấy vật liệu thể q trình chuyển pha nhịe theo nhiệt độ tần số Nhiệt độ chuyển pha cỡ 385C [37] Đồng thời, nhóm nghiên cứu cho thấy có phụ thuộc mạnh thơng số số điện môi độ tổn hao điện môi theo nhiệt độ nung thiêu kết Các giá trị chi tiết đươc thể bảng Hình 16 (a) Đồ thị phụ thuộc số điện môi theo nhiệt độ số tần số (b) Đồ thị xác định nhiệt độ chuyển pha từ đường phụ thuộc nhiệt độ số điện môi [36, 37] 14 Bảng 2: Bảng tổng hợp phụ thuộc số điện môi độ tổn hao điện môi theo nhiệt độ nung thiêu kết dải 1000-1100C vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 [37] 1.5.2.4 Đặc trƣng quang quang xúc tác vật liệu Vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 vật liệu điện môi với chuyển tiếp thẳng Giá trị vùng cấm quang xác định khoảng từ 3.25-3.31 eV [38] Phổ phấp thụ vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 thể hình 17 Kết nghiên cứu cho thấy mẫu Bi0.5K0.5TiO3 chế tạo vùng nhiệt độ nung thiêu kết thấp phổ hấp thụ xuất dải hấp thụ phụ nằm vùng khả kiến Theo kết phân tích Bac cộng nguyên nhân vùng hấp thụ phụ hiệu ứng bề mặt vật liệu có cấu trúc nano hiệu ứng sai hỏng mạng 15 Hình 17 (a) Phổ hấp thụ UV-Vis vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 chế tạo nhiệt độ nung thiêu kết khác nhau, (b) phụ thuộc (h)2 theo lượng photon ánh sáng hấp thụ h , (c) phổ phát quang vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 chế tạo nhiẹt độ nung thiêu kết khác nhau, (d) phổ làm khớp số đỉnh phát quang vật liệu nhiệt độ nung thiêu kết 500oC Hình nhỏ bên hình 17 (b) phụ thuộc bề rộng vùng cấm quang theo nhiệt độ nung thiêu kết [38] Kêt nghiên cứu đặc trưng quang xúc tác vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 nhóm nghiên cứu Bac cộng công bố Kết nghiên cứu cho thấy vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 thể tốt đặc trưng quang xúc tác thử nghiệm sử lý xanh methylen Đồ thị suy giảm nồng độ xanh methylen thể hình 18 Nguyên nhân tăng cường đặc trưng quang xúc tác nhóm nghiên cứu giả thiết khuyết tật hiệu ứng bề mặt làm giảm bề rộng vùng cấm quang từ vùng tử ngoại gần sang vùng khả kiến khiến cho hiệu ứng quang xúc tác tăng cường [38] 16 Hình 18 Đồ thị tỷ số nồng độ xanh methylen theo thời gian ánh sáng đèn UV [38] 1.5.2.5 Đặc trƣng nhạy khí vật liệu Giống oxit bán dẫn thông thường, vật liệu Bi 0.5K0.5TiO3 thử nghiệm đặc trưng nhạy khí Các kết cơng bố đặc trưng nhạy khí công bố Zheng cộng [39, 40] Hình 19 đồ thị nhạy ẩm vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 theo tần số [39] Kết cho thấy độ ẩm tương đối tuyến tính với giá trị tổng trở kháng phức Nhóm nghiên cứu thử nghiệm độ lọc lựa vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 với số khí thử khác cồn, aceton, metal v.v Kết độ lọc lựa khí vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 thể hình 20 [40] Số liệu cho thấy vật liệu nhậy mạnh với cồn ethanol 17 Hình 19 Đồ thị phụ thuộc giá trị tổng trở kháng phức theo độ ẩm số tần số hoạt động [39] Hình 20 Đồ thị lọc lựa nhạy khí vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 số vật liệu thị C2H5OH, CH3COCH3, CH3OH, H2, CO, NH3, C2H2 nồng độ 500ppm [40] 1.6 Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 1.6.1 Phƣơng pháp gốm Là phương pháp truyền thống để tạo oxit phức hợp đơn giản phổ biến Các nguyên liệu ban đầu oxit kim loại nghiền trộn thời gian dài để tạo hỗn hợp đồng Hỗn hợp sau ép thành viên nung thiêu kết nhiệt độ cao để tạo phản ứng Perovskite hóa (phản ứng thường xảy nhiệt độ 2/3 nhiệt độ nóng 18 chảy) Ở nhiệt độ này, phản ứng trạng thái rắn nên xảy chậm Để tăng độ đồng vật liệu pha tinh thể chế tạo thành có cấu trúc mong muốn, công nghệ nghiền, trộn ép viên thời gian nung nghiên cứu kĩ lưỡng Ưu điểm phương pháp rẻ tiền, đơn giản, dễ tạo vật liệu có khối lượng lớn Tuy nhiên, hạn chế phương pháp chất lượng vật liệu khơng cao, khó ứng dụng lĩnh vực điện, điện tử, từ, quang v.v vốn đòi hỏi chất lượng vật liệu yếu tố hàng đầu Trong phương pháp này, hỗn hợp bột ban đầu thường khơng đồng hạt có kích thước lớn 1-10 µm Q trình nghiền trộn để tăng độ đồng giảm kích thước hạt thường đưa thêm tạp chất vào khó điều khiển hình dạng hạt Các pha khơng mong muốn xuất q trình xử lí nhiệt Gần nhóm nghiên cứu Yuji Hiruma đồng chế tạo vật liệu Bi chất lượng tốt phương pháp gốm kết hợp ép viên nhiệt độ cao Vùng nhiệt độ ép đưa từ 1000 oC đến tiệm cận với vùng nhiệt nóng chảy vật liệu (~1100oC) Kết khảo sát vật liệu cho thấy mật độ mẫu vật liệu cao 97% Các tính chất sắt điện mẫu thu thành công với phân cực điện dư Pr 22.2μC/cm2hệ số khử phân cực Ec 52.5 kV/cm Hệ số ghép điện k33 =0.34 hệ số áp điện d33= 82.8 pC / N Một giải pháp khác đưa nhóm nghiên cứu Rao cộng [34] họ tập trung sang trình nung thiêu kết vật liệu Nhóm Rao thực nung thiêu kết mẫu hai lần với hai giải nhiệt độ áp suất khác Kết báo cáo với phép đo tính chất điện mẫu tạo tốt 19 1.6.2 Phƣơng pháp thủy nhiệt Thủy nhiệt theo định nghĩa trình hóa học xảy kết hợp dung dịch khoáng chất điều kiện nhiệt độ nhiệt độ phòng áp suất lớn atm hệ để hòa tan tái kết tinh vật liệu mà khơng hịa tan nhiệt độ phịng Các dung dịch chọn nồng độ thích hợp Chúng trộn với nhau, sau cho vào bình thủy nhiệt để phản ứng xảy nhiệt độ thời gian thích hợp Sau phản ứng, quay li tâm thu kết tủa lọc rửa vài lần Sấy khô kết tủa nhiệt độ thời gian phù hợp ta thu mẫu cần chế tạo Ưu điểm phương pháp cách thay đổi tỉ lệ tiền chất, nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng điều khiển kích thước hình thái hạt theo mong muốn, độ tinh khiết cao hạt có kích thước đồng đều, sai hỏng mạng Hơn nữa, phương pháp có hiệu suất phản ứng cao, có mặt dung dịch nhiệt độ phản ứng thấp Hình 21 a) Ảnh hình thái bề mặt b) ảnh điện tử truyền qua vật liệu vật liệu Bi0.5K0.5TiO3 chế tạo phương pháp thủy nhiệt [28] Ảnh hình thái bề mặt ảnh điện tử truyền qua vật liệu Bi 0.5K0.5TiO3 nhóm Guohui Xu cộng chế tạo phương pháp thủy nhiệt [28] Sản phẩm có kích thước hạt đồng với kích thước cỡ nano- 20 met, hình dạng vng vảy đồng 1.6.3 Phƣơng pháp sol-gel Phương pháp sol-gel cho phép trộn lẫn chất quy mô nguyên tử Phương pháp sol-gel có nhiều ưu điểm tiềm phương pháp khác không chỗ tạo mức độ đồng cation kim loại quy mơ ngun từ mà cịn chế tạo vật liệu dạng khối, màng mỏng, sợi hạt Đây yếu tố công nghệ vô quan trọng chế tạo vật liệu oxit phức hợp chất lượng cao Từ muối kim loại tương ứng ban đầu, tính tốn theo tỉ lệ xác định hịa thành dung dịch Từ dung dịch này, hệ keo hạt rắn phân tán chất lỏng tạo thành, gọi sol Trong trình sol-gel, tiền chất tạo thành hệ keo nguyên tố kim loại bị bao quanh ligan khác mà ion kim loại khác Khi phản ứng tạo hai liên kết phân tử có kích thước khơng giới hạn hình thành đến lúc có kích thước lớn chiếm tồn thể thích dung dịch, tạo thành gel Như vậy, gel chất tạo pha rắn liên tục bao quanh pha lỏng liên tục Tính lên tục pha rắn tạo nên tính đàn hồi gel Hầu hết gel vơ định hình Khi sấy khô gel nhiệt độ cao, mạng gel co lại (xerogel) Q trình gia nhiệt làm già hóa gel, biến đổi cấu trúc gel theo chiều hướng tạo thành tinh thể vơ định hình đặc Tùy vào nhiệt độ thích hợp, kết thúc q trình già hóa gel ta thu vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể mật độ cao Trong phương pháp này, vật liệu xuất phát thường muối vô kim loại, hợp chất hữu kim loại Trong trình sol-gel, tiền chất trải qua trình thủy phân phản ứng polymer hóa tạo keo huyền phù (Sol) Sau xử lí nhiệt ta Gel 21 Bản chất trình Sol-Gel dựa phản ứng thủy phân ngưng tụ tiền chất Bằng cách điều chỉnh tốc độ hai phản ứng ta thu sản phẩm mong muốn Q trình Sol-Gel cho ta gel chưa toàn chất tham gia phản ứng dung môi ban đầu kết tủa Gel tách khỏi dung môi Bằng phương pháp Sol-Gel, tổng hợp phức hợp siêu mịn (d