M ỤC LỤC
2.1.6.1. Đại cương về phương pháp sol-gel
Phương pháp này ra đời từ những năm 1950÷1960. Và cùng với sự phát triển của công nghệ nano, phương pháp sol-gel được phát triển khá nhanh chóng do có nhiều ưu điểm như:
Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet. Có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi với đường kính < 1 mm.
Nhiệt độ tổng hợp không cần cao.
Có thể nói, việc tìm ra phương pháp sol-gel là một bước ngoặc của việc phát triển công nghệ nano. Ngày nay, đây là một trong những phương pháp chủ yếu để tổng hợp những loại hợp chất nano kim loại cũng như phi kim có nhiều ứng dụng thực tiễn.
Hạt sol: các hạt chất rắn của tướng keo trong chất lỏng tồn tại ở trạng thái ổn định có đường kính từ 1-5 nm. Tính chất của các hạt này phụ thuộc vào kích cỡ của chúng cũng như nhiệt độ và độ pH của dung dịch.Tính tan S của một hạt tương quan đến bán kính r của nó, được cho bởi phương trình Ostwald-Freundlich:
𝑆 =𝑆oexp (2𝛾𝑆𝐿𝑉𝑚𝑅𝑔𝑇𝑟 )
Trong đó So là tính tan của bản phẳng, 𝛾RSLlà năng lượng mặt phân cách rắn lỏng, Vmlà thể tích mol của pha rắn, Rg là hằng số khí lí tưởng và T là nhiệt độ. Ảnh hưởng của kích thước lên tính tan quan trọng nhất là đối với các hạt có đường kính < 5 nm, các hạt nhỏ hơn ở phạm vi kích thước này có xu hướng hòa tan và tái kết tụ thành những hạt lớn hơn. Sol của những oxide chứa nước có thể được tạo ra bằng nhiều cách, các loại hạt có thể tồn tại ở dạng dung dịch hoặc cô đặc lại dưới dạng gel, các hạt có thể cô đặc lại thành các hạt mà vẫn còn tính huyền phù ổn định hoặc kết tụ thành các dạng gel, hoặc là chúng phát triển lớn đến nỗi lắng xuống trong huyền phù.
Hạt gel: chất rắn xốp có cấu trúc mạng liên kết theo ba chiều trong không gian trong môi trường phân tán là chất lỏng. Cấu trúc của các hạt gel chế tạo từ các hạt keo phụ thuộc vào cỡ phân bố của hạt và cường độ lực hút của chúng. Nếu hạt là hình cầu và đơn phân tán và lớp chắn lực đẩy được giảm xuống từ từ thì sol có thể phát triển cấu trúc trật tự. Ví dụ như opan tự nhiên có các hạt cầu silica sắp xếp lập thể mặt hướng tâm, hiện tượng ánh opan là do sự nhiễu xạ ánh sáng khả kiến từ loại crystalloid này. Loại cấu trúc này phát triển khi lớp chắn lực đẩy đủ để cho phép các hạt chui vào khối lèn chặt khít, trong khi cấu trúc lộn xộn có độ xốp cao được hình thành khi thế đẩy là rất lớn. Khi điện áp 𝜁của hạt sol tăng lên, mật độ kết tủa li tâm tăng lên. Vì lí do này nên Nelson và công sự tin rằng các gel làm nên từ các sol kết tụ là xốp 70% khi sấy và không nung kết tạo thanh mật độ điền đầy khi sấy, ngược lại các gel tạo từ các sol không kết tụ có độ xốp < 40% và hóa đặc rất nhanh ở nhiệt độ tương đối thấp.
Để tổng hợp hợp chất lantan orthoferrite hình 13 theo phương pháp này, trước hết cần chế tạo sol trong một chất lỏng thích hợp bằng một trong hai cách sau:
Phân tán chất rắn không tan từ cấp hạt lớn chuyển sang cấp hạt của sol trong các máy xay keo.
Dùng dung môi để thuỷ phân một precusor cho tạo thành dung dịch keo. Ví dụ dùng nước để thuỷ phân alcoxit kim loại để tạo thành hệ keo oxit của kim loại đó.
Từ sol được xử lý hoặc để lâu dần cho già hoá thành gel. Đun nóng gel cho tạo thành sản phẩm.
Sơ đồ tổng quát cho phương pháp sol-gel: