Định nghĩa phƣơng pháp sol gel
Trong khoa học vật liệu, phƣơng pháp sol-gel là một phƣơng pháp để sản xuất vật liệu rắn từ các phân tử nhỏ. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để chế tạo các oxit kim loại, đặc biệt là các oxít của silic và titan. Quá trình này liên quan đến việc chuyển đổi các monomer vào một dung dịch keo (sol) đóng vai trò nhƣ là tiền thân cho một mạng tích hợp (hoặc gel) của một trong các hạt rời rạc hoặc các polyme mạng. Tiền chất điển hình là alkoxides kim loại.
Quá trình sol-gel tạo silica
Quá trình tạo silica gel và hạt silica từ monomer là một chuỗi phức hợp các quá trình bao gồm polymer hóa, kết tụ và mất nƣớc. Một cách ngắn gọn, quá trình bắt đầu từ:
- Phản ứng phân cực của silicic acid Si(OH)4 trong nƣớc hay dung môi thông
qua quá trình bẻ gãy liên kết Si-O-Si và hình thành liên kết Si-OH (silanol) trong dung dịch. Phản ứng của quá trình:
Si-O-Si +H2O => Si-OH + OH-Si
- Quá trình này diễn ra với cơ chế chính là phản ứng bề mặt của hạt silica với nhóm OH-.
- Quá trình trùng hợp và ngƣng tụ thành chuỗi polymer của SiO2 bắt đầu xảy ra
9
Hình 1.3 Cơ chế ngƣng tụ monomer thành polymer[15] - Quá trình này diễn ra theo phản ứng:
(SiO2)x + 2H2O = Si(OH)4 + (SiO2)x-1
Si(OH)4 + OH- = Si(OH)5-
Trong giai đoạn trung hòa, có thể có sự xuất hiện của chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt thƣờng có dạng mạch dài, chất này có tác dụng tạo thành một tƣờng mỏng bao quanh hạt silica và tồn tại bền vững trong dung dịch. Các chất hoạt động bề mặt liên kết với hạt silica gây hiệu ứng cản trở không gian, qua đó sản phẩm sẽ đạt kích thƣớc hạt nhỏ hơn [16], nhƣ mô tả ở
Hình 1.4:
10