Sol – gel là phương pháp rất linh hoạt, có thể điều khiển quá trình tạo gel, sấy, nung để tạo ra vật liệu có tính chất mong muốn, cho phép tổng hợp các vật liệu là oxit phức hợp siêu mịn, có tính đồng nhất và độ tinh khiết hóa
16
học cao. Nhờ phương pháp sol – gel, ta có thể tổng hợp được các tinh thể có kích thước cỡ nanomet, các pha thủy tinh, tạo được các dạng vật liệu khác nhau ở dạng bột, sợi, khối, màng mỏng.
Sơ đồ thực hiện phương pháp sol – gel như sau:
Dung dịch Sol Gel Xerogel Oxit phức hợp
Hình 8 Các nhóm sản phẩm của phương pháp sol – gel
Theo phương pháp này người ta tạo gel từ các alkoxit kim loại M(OR)n (M là ion kim loại, R là gốc alkyl). Các alkoxit kim loại được hòa tan trong dung môi hữu cơ khan và được thủy phân khi cho thêm một lượng nước xác định. Thông thường quá trình thủy phân được đun nóng nhẹ khi có mặt xúc tác axit hoặc bazo. Sau quá trình thủy phân là quá trình ngưng tụ. Đây là quá trình phức tạp xảy ra khi có liên kết M-OH, được thực hiện theo hai phản ứng sau. Quá trình ngưng tụ hình thành các khung liên kết ba chiều của kim loại
17
và oxy, nó lớn dần tới kích thước của hạt keo, và đến một lúc nào đó độ nhớt tăng lên đột ngột toàn bộ hệ biến thành gel.
Phản ứng phânhủy gel cho sản phẩm có độ đồng nhất cao, độ tinh khiết hóa học lớn, bề mặt riêng lớn. Người ta có thể khống chế được kích thước và hình dạng hạt, có thể tạo thành các dạng bột, sợi, màng mỏng, khối. Tuy nhiên giá thành của các alkoxit cao cũng như việc đòi hỏi phải khá công phu trong quá trình tìm điều kiện tối ưu để khống chế công nghệ đã hạn chế việc sử dụng của phương pháp này.
Hiện nay, phương pháp sol – gel là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi và tỏ ra có ưu việt để tạo ra các vật liệu khối, màng mỏng có cấu trúc nano, bột với độ mịn cao hoặc dạng sợi có cấu trúc đa tinh thể hay vô định hình mà các phương pháp khác khó thực hiện được.