1.5. Phƣơng pháp sol-gel và kỹ thuật chế tạo màng
1.5.2.3. Phƣơng pháp PPM
Năm 1967, Pechini [9,27] tổng hợp một số oxit phức hợp Titanat MTiO3, Zirconat MZrO3 và Niobat MNb2O6 (M: Ca, Sr, Ba, Pb) PbxSry(ZrxTiy)O3 bằng cách hoà tan các oxit trong axit citric (AC) và etylenglycol (EG). Khuấy và đun nóng dung dịch cuối cùng thu được gel. Nung gel ở nhiệt độ cao gần 600oC thu được oxit phức hợp. Phương pháp này gọi là phương pháp Pechini hay phương pháp sol-gel citrat. Nó được ứng dụng nhiều để thu được các oxit phức hợp sau khi Bednorg và
Muller (1987) khám phá ra gốm siêu dẫn ở nhiệt độ cao. Phương pháp sol-gel qua con đường tạo phức với axit hữu cơ rất đa dạng, điều kiện tổng hợp rất khác nhau.
Về vai trò của axit hữu cơ, Kaun [12] giả thiết axit kết hợp với dung môi tạo polyme rồi hoặc tự nó tạo phức với ion kim loại. Phần hữu cơ của phức trong điều kiện xác định sẽ trùng hợp với nhau tạo thành các phân tử polyme hoặc mạng không gian ba chiều. Kết quả là độ nhớt của dung dịch tăng đột ngột và sol trở thành gel:
M – O – CO –C ... – C – CO – O – M
Cơ chế này chỉ xảy ra khi trong phần hữu cơ có nối đơi hoặc trong dung dịch có chứa các chất có khả năng trùng ngưng tạo este với axit (vì dụ: etylenglycol, etylendiamin...). Yêu cầu này khắc phục được khó khăn của phương pháp thuỷ phân khi muốn tạo composit từ các muối có khả năng thuỷ phân khác nhau.
Hiện nay, người ta không chỉ dùng phối tử hữu cơ là Axit Citric và dung môi etylenglycol mà còn dùng nhiều hợp chất khác. Nhưng bản chất vẫn là các phối tử hữu cơ liên kết với cation kim loại nhằm phân bố chúng rồi xử lý nhiệt đốt cháy phần hữu cơ để thu được sản phẩm có kìch thước hạt nhỏ và độ đồng nhất cao. Trong khóa luận này, chúng tơi lựa chọn phương pháp PPM với việc sử dụng phối tử hữu cơ là Acid Cirtic và dung môi hữu cơ là Ethylene Glycol để đưa các hạt Pt, Sn và hỗn hợp Pt/Sn lên bề mặt điện cực graphit xốp.
Những ưu nhược điểm của phương pháp solgel
- Ưu điểm:
+ Có thể tạo ra sự liên kết vững chắc giữa chất nền và lớp phủ tạo màng + Có thể tạo ra màng phủ có chiều dày nhất định
+ Có thể trộn lẫn các chất ở qui mơ phân tử, tình đồng nhất của sản phẩm cao, độ tinh khiết hóa học cao, các giai đoạn của phản ứng có thể điều khiển được để có thể tạo được sản phẩm mong muốn, không gây ô nhiễm môi trường
+ Có thể tạo hính thù của kim loại một cách dễ dàng dưới dạng phức chất ở dạng gen
+ Nhiệt độ thiêu kết thấp, thường khoảng 200-600o
C
+ Thao tác đơn giản, rẻ tiền nhưng lại đạt chất lượng hiệu quả cao - Nhược điểm
Dễ ảnh hưởng đến độ tinh khiết của vật liệu, sản phẩm cuối của phương pháp này dễ bị lẫn các tạp chất có thể do các chất đưa vào ban đầu chưa phản ứng triệt để hoặc do tạp chất là sản phẩm phụ của q trính phản ứng phụ. Bên cạnh đó độ dày tối đa có thể tạo được khoảng 5m khi đó khả năng rạn nứt là khơng tránh khỏi. Một hạn chế nữa là sự kết tủa không mong muốn trong bất kỳ giai đoạn nào của quá trính tổng hợp. Điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi về thành phần cũng như tình chất của vật liệu. Khả năng ứng dụng vào cơng nghiệp cịn hạn chế có thể do điều kiện phản ứng đặc biệt.