Phương phỏp sol-gel là phương phỏp trong những năm gần đõy đó thu được nhiều thành cụng trờn vật liệu gốm và thuỷ tinh. Phương phỏp này do R. Rog đề xuất từ năm 1956 cho phộp trộn lẫn cỏc chất ở qui mụ nguyờn tử. Bản chất của quỏ trỡnh sol-gel là phản ứng thủy phõn và phản ứng ngưng tụ. Ưu điểm của phương phỏp này là cho phộp:
- Trộn lẫn cỏc chất ở quy mụ nguyờn tử, sản phẩm sinh ra ở nhiệt độ thấp, độ tinh khiết húa học cao, hạt tạo ra cú kớch thước nhỏ và đồng đều.
- Cỏc giai đoạn của quỏ trỡnh sol-gel đều cú thể điều khiển được để thu được dạng sản phẩm như mong muốn. Đặc biệt là sử dụng phương phỏp này cú thể tạo được hạt siờu mịn cú kớnh thước dưới 10nm cú nhiều hiệu ứng đặc biệt.
- Tiết kiệm năng lượng, khụng gõy ụ nhiễm mụi trường.
- Mặc dự vậy phương phỏp sol-gel cú nhược điểm: Tương đối độc hại, mất nhiều thời gian và giỏ thành cao.
Quy trỡnh chung của quỏ trỡnh tổng hợp sol-gel
Hỡnh 1.7:Quy trỡnh chế tạo cỏc mẫu siờu dẫn nhiệt độ cao bằng phương phỏp sol-gel
Trong sơđồ trờn:
Sol: Hệ phõn tỏn vi dị thể rắn trong lỏng, trong đú cỏc hạt của pha phõn tỏn cú kớch thước từ 10-9ữ 10-7m.
Dung dịch Sol Gel
Xerogel Oxides
Gel: Hệ phõn tỏn vi dị thể, cỏc phần tử rắn tạo thành khung ba chiều, lỏng nằm trong lỗ hổng của khung rắn đú.
Quỏ trỡnh này cú nhiều ưu điểm vỡ cú thểđiều khiển hệ số tỷ lượng trong cỏc dung dịch phủ một cỏch chớnh xỏc, dễ thay đổi thành phần màng, dễ tạo được sản phẩm cú cấu trỳc như mong đợi, dễ cho vào cỏc nhúm chức khỏc nhau hay cỏc nguyờn tố cảm biến, nhiệt độ ủ tương đối thấp, khả năng kết tủa ion với phổ phõn bố rộng, thiết bị thớ nghiệm đơn giản, rẻ tiền.
Phương phỏp sol-gel cú ba hướng tổng hợp chớnh:
- Phương phỏp sol-gel theo cỏch thủy phõn alkoxide: Thuỷ phõn từ cỏc dung dịch khụng cú nước (khụng làm bay hơi nước). Yờu cầu về dung dịch rất khắt khe, (chất lượng cao). Phương phỏp này phức tạp do giỏ thành hoỏ chất cao vỡ vậy khú ứng dụng rộng rói.
- Phương phỏp sol-gel theo con đường thủy phõn muối: Dung dịch muối cú nước, dựng cho hợp chất ớt thành phần, mục đớch thu được Sol sau đú dựng đo hoặc tạo màng. Phương phỏp này thường được ứng dụng tạo ra vật liệu huỳnh quang để tự bay hơi nước ở nhiệt độ phũng.
- Phương phỏp sol-gel theo con đường tạo phức: cỏc chất tạo phức thường dựng là EDTA; EDTA và Ethylen Glycol; PolyEthylenGlycon; Citric acid và EthylenGlycol.
Cỏc chất ban đầu (precusor: alkoxide, muối, phức) là yếu tố vụ cựng quan trọng trong phương phỏp sol-gel. Chỳng ảnh hưởng trực tiếp lờn tớnh xốp, chỉ số khỳc xạ, độ cứng và cỏc tớnh chất về sắp xếp khỏc của sản phẩm (dạng bột hay màng mỏng). Thờm vào đú, cỏc precusor luụn là yếu tố quyết định đến tớnh năng và giỏ thành sản phẩm. Đó cú nhiều kết quả nghiờn cứu liờn quan đến phương phỏp sol-gel dựa trờn EDTA và Ethylen Glycol; PolyEthylenGlycon; Citric acid và EthylenGlycol.