Phương pháp sol-gel là phương pháp tổng hợp các hạt huyền phù dạng keo (sol) ổn định trong chất lỏng và sau đó qua quá trình chuyển hóa, sol được biến tướng lỏng thành tổ chức mạng 3 chiều (gel). Phương pháp sol-gel thường được sử dụng để chế tạo các vật liệu gốm và thuỷ tinh. Kỹ thuật này cho phép tạo ra các hạt nano, màng mỏng, sợi gốm, các vật liệu bột dạng cầu, các màng vô cơ xốp mịn, vật liệu khối,... (hình 2.1).
Hình 2.1. Phương pháp sol-gel cho phép chế tạo được dải rộng các sản phẩm.
Quá trình sol-gel thường liên quan đến những phân tử alkoxit kim loại mà chúng sẽ bị thủy phân dưới những điều kiện được kiểm soát và ngay sau đó những chất này phản ứng với nhau tạo ngưng tụ hình thành liên kết kim loại-oxi-kim loại. Các phương pháp tổng hợp sol-gel và đồng kết tủa tạo các ion kim loại từ dung dịch dùng các chất ban đầu dạng hydroxit, xyanua, oxalat, cacbonat, citrat, ... Các phần tử của các chất ban đầu trong dung dịch phân bố gần nhau tạo môi trường phản ứng tốt cho quá trình hình thành sản phẩm, do đó cần nhiệt độ tổng hợp thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.
Các màng mỏng có thể được chế tạo trên các đế bằng các phương pháp như quay phủ (spin-coating) (hình 2.2), nhúng phủ (dip-coating) (hình 2.3). Ngoài ra còn có các kỹ thuật khác như phun phủ (spray-coating), cuốn phủ (roll – coating), capillary – coating…
Hình 2.2. Quá trình quay phủ
Hình 2.3. Quá trình phủ nhúng (dip-coating)
Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp solgel có ưu điểm là đơn giản, giá thành thấp, kiểm soát được tỷ lệ nguyên tử và kích thước hạt cũng như cho màng có độ tinh khiết cao. Phương pháp còn có nhiều ứng dụng trong việc tạo màng bảo vệ, màng có tính chất quang học, tạo màng chống phản xạ, kính giao thoa… Tuy nhiên, chế tạo màng PZT bằng phương pháp sol-gel có thể gặp một số hạn chế như màng dễ bị rạn nứt khi xử lí ở nhiệt độ cao, vật liệu có thể bị phân tách thành các lớp với màng dày, sự liên kết trong màng yếu …