Có nhiều phương pháp tổng hợp và chế tạo vật liệu vôcơ, mỗi phương pháp cho phép tổng hợp được ưu tiên dưới những dạng sản phẩm khác nhau (đơn tinh thể có kích thước lớn, bột đa tinh thể có cấp hạt xác định (nano, micrô, mili), màng mỏng, dạng sợi...). Do đó xuất phát từ lĩnh vực sử dụng, từ yêu cầu dạng sản phẩm ta lựa chọn phương pháp thích hợp.
Vật liệu vô cơ đã góp phần đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển của mọi ngành khoa học và công nghiệp như công nghệ vật liệu xây dựng, công nghệ chế tạo máy, giao thông vận tải, công nghệ thông tin, kỹ thuật điện, từ, quang, công nghệ chinh phục vũ trụ...
Vật liệu vô cơ có thể được sản xuất theo những phương pháp sau: - Tổng hợp vật liệu vô cơ dưới dạng bột
- Thiêu kết bột vô cơ thành các linh kiện mong muốn - Tổng hợp vật liệu vô cơ dưới dạng màng mỏng - Tổng hợp vật liệu vô cơ dưới dạng sợi
Theo điều kiện kỹthuật có thểphân thành -Phương pháp sửdụng nhiệt độ cao
-Phương pháp tổng hợp dưới áp suất cao -Phương pháp tổng hợp có sửdụng pha hơi
Phương pháp truyền thống là thực hiện phảnứng giữa các pha rắnởnhiệt độcao. Sản phẩm của phương pháp này thông thường dưới dạng bột có cấp hạt cỡmilimet. Từ sản phẩn đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình thiêu kết khối thành vật liệu cụthể. Đây là phương pháp được phát triển lâu đời nhất nhưng sang thiên niên kỷnày vẫn được áp dụng rộng rãi.
Phương pháp precursor dùng thủ thuật hóa học để tăng mức độ tiếp xúc giữa các phản ứng nhằm tăng tốc độ phản ứng và hạ nhiệt độ phản ứng. Phương pháp này thường cho sản phẩm dưới dạng bột mịn hơn sản phẩm thu được theo phương pháp truyền thống và có thể đạt tới cấp hạt micrô. Tùy theo mức độ phân tán các chất phản ứng có thể phân thành hai phương pháp precursor là: phương pháp precursor phân tử gồm có phương pháp đồng kết tủa và phương pháp sol-gel và phương pháp precursor nguyên tử gồm có phương pháp đồng tạo phức (phức đa nhân) và phương pháp kết tinh tạo dung dịch rắn.
Phương pháp sol-gel cũng thực hiện việc tăng mức độ khuếch tán các chất tham gia phảnứng dưới dạng phân tử, nhưng cơ sởlí thuyết của phương pháp này có nhiều nét đặc thù riêng và đặc biệt là phương pháp này có thể tổng hợp được vật liệu dưới dạng bột micrô, nanô, màng mỏng, dạng sợi, do đó được tách ra thành một phương pháp độc lập.
Phương pháp kết tinh từ pha lỏng đồng thểhoặc từpha thủy tinh. Dựa vào trạng thái cân bằng giữa pha lỏng và pha rắn đểkết tinh. Phương pháp này cho sản phẩm vật liệu dưới dạng tinh thể lớn (đơn tinh thể hoặc đa tinh thể), hoặc sản phẩm dưới dạng gốm–thủy tinh.
Phương pháp thực hiện phảnứng xâm nhập hoặc phản ứng trao đổi ion trên nền của một cấu trúc mở đã có sẵn. Đây là một phương pháp cho phép tổng hợp được nhiều hợp chất mới phần lớn dưới dạng bột.
Phương pháp điện hóa và phương pháp hóa học mềm. Các phương pháp điện hóa cho phép tạo được vật liệu dưới dạng màng mỏng hoặc những dạng đơn tinh thể có góc cạnh rất hoàn chỉnh. Sử dụng thủ thuật thực nghiệm đặc biệt của hóa học có thể tổng hợp được nhiều hợp chất có mức oxi hóa bất thường và cấu trúc đặc biệt. Sản phẩm của phương pháp này chủ yếu dưới dạng bột.
Phương pháp sử dụng áp suất cao và phương pháp thủy nhiệt cho phép chế tạo được chất rắn có kiểu phối trí mới, kiểu liên kết mới và trạng thái oxi hóa bất thường. Thực hiện phản ứng trong các nồi hấp cho phép thu được những đơn tinh thể có kích thước lớn.
Phương pháp có sự tham gia của pha hơi như phương pháp CVT (chemical vapor transport), phương pháp CVD (chemical vapor decomposition), phương pháp CPE (chemical phase epitaxy), phương pháp MBE (molecula beam epitaxy) cho phép chế tạo được nhiều loại vật liệu vô cơ rất đa dạng như: bột nanô, màng mỏng với bề dày nanô, micrô... xen kẽnhau.
Các phương pháp nuôi đơn tinh thể cho phép chế tạo được những tinh thể hoàn chỉnh có kích thước lớn với độnguyên chất cao. Hầu hết các phương pháp chế tạo vật liệu đều liên quan đến việc thực hiện phảnứng giữa các pha rắn.[3]
Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Nêu khái niệm chung và đặc điểm của vật liệu vô cơ. Câu 2. Trình bàyđặc điểm tính chất cơ học của vật liệu vô cơ.
Câu 3. Trình bàyđặc điểm và một số loại vật liệu điển hình trong nhóm gốm và vật liệu chịu lửa.
Câu 4. Trình bàyđặc điểm và một số loại vật liệu điển hình trong nhóm thủy tinh và gốm thủy tinh.
CHƯƠNG 5 VẬT LIỆU POLYME
Polyme theo cách mô tả ban đầu là phân tửcủa nhiều hợp phần cơ bản (từ tiếng Hy lạp poly là nhiều và me là hợp phần). Ngày nay, theo IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry – Liên hiệp quốc tế về hóa cơ bản và ứng dụng) polime được định nghĩa là “một hợp chất gồm các phân tử được hình thành do sựlặp lại nhiều lần của một hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt tính chất mà chúng thay đổi không đáng kểkhi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vịcấu tạo”.
Polyme có thể phân loại theo nhiều cách. Sau đây là những cách phân loại thường gặp nhất.
a. Phân loại theo nguồn gốc hình thành
Polyme thiên nhiên, có thể có nguồn gốc thực vật hoặc động vật như xenlulo, cao su, protein, enzym.
Polyme tổng hợp, được sản xuất từ những loại polime bằng các phản ứng trùng hợp, trùng ngưng như các loại polyolefin, polyvinyclorit, nhựa henolfomandehyt, polyamit,v.v.
b. Phân loại theo cấu trúc
Theo cấu trúc phân tử người ta phân biệt polyme mạch thẳng, polyme mạch nhánh, polyme mạng lưới và polyme không gian.
c. Phân loại theo tính chịu nhiệt
Polyme nhiệt dẻo, thường là các polyme mạch thẳng. Ở loại vật liệu này, dưới tác dụng của lựcởmột nhiệt độnhất định, các phân tửcó thể trượt lên nhau, có nghĩa là phân tử có đủ năng lượng đểthắng lực tương tác giữa các phân tử. Nói cách khác, ởnhiệt độ nhất định nào đó vật liệu có thểchảy, trở thành dẻo và dưới nhiệt độ này nó rắn trở lại. Polyme nhiệt dẻo là loại vật liệu có giá trị thương mại hiện nay.
Polyme nhiệt rắn, là những polyme hay oligome prepolyme có khối lượng phân tửkhông cao lắm), có khả năng tạo thành các polyme không gian. Để sản xuất polyme nhiệt rắn, nhựa nhiệt rắn nguyên liệu (ở dạng polyme mạch thẳng, hoặc có nhánh bé) được đun nóng một mình hoặc với chất đóng rắn dưới tác dụng của nhiệt, nhựa nguyên liệu sẽchảy mềm đểtạo dáng, đồng thời dưới tác dụng của chất đóng rắn, hoặc xúc tác chúng sẽ chuyển sang trạng thái polyme không gian. Khác với nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn ở nhiệt độ cao không thể chảy mềm và cũng không thể hòa tan trong các dung môi nữa.
d. Phân loại theo lĩnh vựcứng dụng
Theo cách này, polyme được chia thành các loại sau đây: chất dẻo, sợi, cao su, sơn và keo.