Использование прекурсоров в золь-гель методе



Универсальность золь-гель технологий позволяет контролировать текстуру, состав, однородность и структурные свойства твердых веществ и делает возможным производство индивидуальных материалов, таких как дисперсные металлы, оксидные катализаторы и химически модифицированные носители.Настоящая статья будет о золь-гель методе алкоксида.

Ключевые слова: золь-гель процесс, алкооксид, прекурсор.

Золь-гель обработка для синтеза стекла, стеклокерамики и керамики получила заметное внимание как в научных, так и прикладных целях; все важные встречи или конференции по керамике заслуживают раздела по этой теме, и многие семинары и конференции посвящены исключительно этой теме.

Существует два важных золь-гель процесса: алкоксидный [2] и коллоидный [3–5] методы; третий, промежуточный между другими, но пригодный только для силикатных систем и основанный на химии аминосиликатных растворов, был недавно повторно предложен [3].

Золь-гель процесс, является одной из наиболее быстро развивающихся областей химии материалов, представляет собой метод подготовки материала реакцией органических предшественников при комнатной температуре.

Этот метод основан на химии алкоксидов: они действительно являются наиболее важными и типичными предшественниками; поэтому их природа, свойства, реакции, производство и доступность будут рассмотрены в дальнейшем, чтобы дать общую картину тех пропорций и реакций, влияющих на Процесс подготовки и определения характеристик продукта.

Интересный факт: «Предшественниками золь-гель препаратов являются не только алкоксиды». Неорганические и органические соли также использовали для введения некоторых оксидов в многокомпонентные системы, особенно когда применение алкоксидов оказалось трудным или ненужным.

Алкоксиды — это соединения, в которых элементы связаны с углеводородным фрагментом через кислород.

Их рассматривают как производные спиртов или производные гидроксидов металлов или неорганических кислот. Эти соединения следует называть ортоэфирами: это касается алкоксидов кремния, бора, фосфора.

Алкоксипроизводные проявляют большое разнообразие физических свойств, начиная от твердых нелетучих соединений, таких как алкоксиды сильно электроположительных металлов, до низколетучих полимерных соединений, таких как алкоксиды более тяжелых многовалентных элементов, до летучих мономерных ковалентных жидкостей, таких как алкоксиды более легких переходных элементов. Среди множества физических свойств, степень олигомеризации или полимеризации, летучесть и вязкость представляются наиболее интересными для золь-гель технологии.

На вязкость влияют длина цепи и разветвленность алкильных групп, а также степень молекулярной ассоциации. Кажется очевидным, что высокополимеризованные продукты должны быть более вязкими, чем мономерные или олигомерные молекулы меньшего размера, однако, трудно выработать общее правило для учета различных значений вязкости олигомерных частиц: таким образом, группа ученых [15] сообщили, что вязкости алкоксидов этила, пропила, бутила и трет-бутилтитана составляли 0,44, 1,61, 0,62 и 0,035 Р, соответственно.

1.1 Степень олигорнеризации / полимеризации

Молекулярная организация алкоксидов является важнейшей особенностью, которая влияет на многие физические и химические свойства этих. Степень олигомеризации или полимеризации может вызывать различия в обработке многокомпонентных систем, например, влияя на гомогенность на молекулярном уровне; косвенное влияние возникает из-за изменений других параметров, важных для процесса, таких как кинетика реакции и физические свойства (растворимость, летучесть, вязкость).

1.2 Неалкоксидные прекурсоры

Золь-гель процесс, включающий реакции гидролиза и поликонденсации, также называется «алкоксидным методом» из-за природы исходных химических веществ [4].

Другие соединения были и в настоящее время используются вместе с алкоксидами для введения некоторых элементов в многокомпонентные оксидные системы. Причинами такого выбора обычно являются ограниченная растворимость в спирте некоторых алкоксидов, более низкая стоимость неорганических солей ввиду широкомасштабного применения процесса

Нитраты использовались главным образом для введения элементов группы I и II, поскольку соответствующие алкоксиды проявляют ограниченную растворимость в их исходных спиртах.

Соли или комплексы карбоновых кислот являются часто используемыми прекурсорами, подходящими для золь-гель процессов. Эти соединения достаточно хорошо известны и широко доступны для большинства элементов [5]. Химические свойства карбоксилатных солей могут способствовать реакции гидролиза с появлением гидроксидов и свободной кислоты.

Литература:

1. S. Sakka and K. Kamiya, J. Non-Cryst. Solids 42–1980.
2. D. C. Bradley, R. C. Mehrotra and D. P. Gaur, Metal A1koxides — 1978.
3. Шилова О. А. Золь-гель технология микро- и нанокомпозитов. — М: Лань, 2013.
4. Шабанова Н. А.,Саркисов П. Д. Золь-Гель Технологии. Нанодисперсный Кремнезем. — М: Лаборатория знаний, 2015.
5. J. D. Mackenzie, in: Science of ceramic chemical processing, eds. L. L. Hench and D. R. Ulrich. — John Wiley & Sons, New York, 1986.
6. Kirk-Othemer.Encyclopedia of Chemical Technology — John Wiley & Sons, New York, 1979.
7. N. M. S. Cullinane, J. Chard, G. F. Price, B. B. Millward and G. Langlois, J. Appl. — Chem. 1, 1951.