Il metodo sol gel

Tecnica sol-gel

Processo bottom up: dal basso verso l'alto, si parte dal piccolo e si accresce il materiale.

(Processo top down: dall'alto verso il basso, si parte da un materiale macroscopico e si arriva a particelle più piccole)

Si parte da dei precursori molecolari in soluzione con legami -> vengono eliminati -> materiale macroscopico 3D.

Fasi

• Soluzione omogenea.
• Precursori molecolari in soluzione omogenea.
• Molecole (controllo stechiometria).
• Formazione di macromolecole "sol" → viscosità liquida (doppia velocità di deformazione macromolecole e colloidali).
• Incorporazione colloidale o l'uso preclud in cliquid.
• Particelle debolazione da nm ai micron (nanostruttura "morfogeo").
• Gel: interconnessione tra solido 3D e fase equivale a 3D (disidratazione, condensazione, microstruttura circa fino a 0.5 → Si, solido formato tra solido alcune necessitano rigidità e alibi simile con polimeri "ifon geopulte" aggegesenti voliving mansione gromiale, microstampa).
• Se solido calcitorio al calciò calcelco, calcio interessato (poi si scaldano pietre liquide in gel rigide solido a 25 °C fuuliscratur 75 °lo, escrevol di tenzion seminteno finzione a 30 °C,) 27 celegia il che scioli morteloomo ordinum).
• Essiccamento dell'interfacce gel S: Scaldo ele molecale si appoggiano predaela col sompecesione mariaol tecniche).

Vantaggi

• Controllo molto preciso della stechiometria.
• Questa tecnica permette di ottenere materiali solidi con composizione e microstruttura controllata anche come semi pezzi, pelio e gluot solide.
• Richiede un nanobio a buona temperatura, mirato a reazioni allo stato solido di pulci casta di alcune le molecale si con sodio alquandore ad altissima temperatura.
• Buona omogeneità e alta purezza del prodotto finale.

In combizione con operazioni tecniche di ammoniazione, il metodo sol-gel puero ammore in soda in ceromia a espliche miniaturnochia componenti morin comlosome tecnichagorie l'amminocuato equivalente pue dimento pet contemir lecmateriali precarompatiblei shinjistruito microstruiabul).

Solamente tecnica bottom up, proprio supporto per dendere frost modificare i materiali piccole funzioni molecole (e) e shaping di materiali solidi: ) per diome disomere - tra progetto di intersecalthoughificazione messa diemina.

Svantaggi

• Alto costo dei precursori.
• Lunghi tempi di processo.
• Restrimpiemento a conlguquardo il riducce ol de sicheren nel beiroghi enterische forze convenienti show conosgoedto.

Tecnica sol-gel

Processo bottom-up - dal basso verso l'alto: si parte dal piccolo e si accresce il materiale.

(processo top down -> dall'alto verso il basso)

(composizioni/diminuizione di dimensione idrolisi)

Si parte da un materiale macroscopico e si arriva a particelle più piccole.

Si parte da dei precursori molecolari in soluzione con leganti (controllo elementi)=materiale macroscopico 3D.

Fasi

• Soluzione omogenea.
• Precursori molecolari in soluzione omogenea.
• Molecole (controllo stechiometria).
• Formazione di macromolecole.
• Sol.
• Instaurare (viscosità liquida).
• (dalle velocità di deformazione macromolecole).
• E.
• Colloidali (nanostrutture/morfologia).
• Soft matter idrogel.
• Interfaccia solido/liquida.
• Inversione colloidale o l'uso solido di un liquido.
• Particelle dell'ordine dei nm.
• Gel- interconnessione tra solido e 3D e fase equival. 3D.
• Idrolisi - eliminazione contenuto...
• Interfacce solido/solide.
• Interfaccia solido/gas.

Vantaggi

• Controllo molto preciso della stechiometria.
• Questa tecnica viene usata per ottenere materiali solidi con composizione e microstruttura controllata e anche come generati pezzi, pellicole e geluri solidi.
• Richiede una minore temperatura, rispetto a reazioni allo stato solido di polveri.
• Possibilità molto bassa temperatura materiali ceramici secchi secondo ordine di sintesi in atmosfera da ossidi tipo YAG, xerogel e controllo stechiometria al...
• Buona omogeneità e alto purezza del prodotto finale.
• In combinazione con altre tecniche di deposizione ig, metodo sol-gel pu... usato per ottenere fitte, coating multifunzionali, materiali nano/macrostrutturali.
• Potenziamento tecnica top-down per ottenere stato per modificare i materiali - piccole dimensioni molecole (*) <e>, clamping di materiali solidi.
• Tecniche abbastanza adatte per preparazione del composti (facile immersione composi - perché non si decompongano).

Svantaggi

• Alto costo dei precursori.
• Lunghi tempi di processo.
• Restrizione: diluizione & riduce di volume >> si inniccia la creazione difetti - microscie.

Sol

Sospensione colloidale di particelle solide (1-100 nm) in un liquido.

• Alta area superficiale.
• Viscosità definita.
• Instabile termodinamicamentestabili: cineticamente privi di nanostrati carichi superficiali (interazione repulsiva).

Gel

Viscosità → che si oppone a uno stress meccanico.

Modulo di Young basso.

Solido semi rigido: fase solvente intrappolata in una matrice polimerica o fase solida (solidale).

Opaca → perché al di sopra del nanometro scattero della luce.

Xerogel

Solvente rimosso → quindi diminuzione del volume colore diminuisce.

Riscaldamento → quindi diffusione alla fase solida → sinterizzazione e densificazione disposizione dei precipitati.

Formazione di materiale denso.

Stadi del processo sol-gel

• Metalli + leganti → si usano monomeri e legante (parte organica) pre idrolizzare molecolare.
• M - L₄.
• Idrato: M - O₂ + H₂O → M - OH + ROH.
• Condensazione: insieme di composti metallici.
• Ossidrile: M- OH + X-OH → M - O - X_(oxo) + HOH.
• L'idrolisi: M- OR + H₂O → M - OH + R.
• La formazione ponte O_oxo (anossigeno): M - O₂ + H₂O → M(OH)₂ (idrossido).
• La parte obo (diatosile).
• Gel.
• Evaporazione.
• Incrudimento.
• Struttura macroscopica.
• Xerogel - Aerogel solido.
• Essiccazione.
• Riscaldamento.

Due tipi di precursori molecolari

→ tecnica più sofisticata.

• Mettalliorganici.
• Precursori con metallo alcalino in solvente organico.
• In generale dei legami in altro metallo (carbidoli).
• Composti organici precursori con metalli in soluzione aqueosa.
• In generale più facile da esportare reazioni ai metalli alcoolici, ma le loro reazioni sono più difficili da controllare anche per la preparazione.
• Un controllo limitato della forma, delle taglie, delle composizioni chimiche.

Precursori metallorganici

In generale alcoolici → legame S-O covalente composito in solutione.

Al₅ mostro tetos propoxi.

Buono per sinterizzazione silice.

Contiene di già i complessi siliceoalcoss cte stabile (precursore) non reagisce in reazione alcol.

Altro esempio tetossisipropiolo.

→ M-bindile parte metallica non uniforme.

Un Ligamo comune composto tetrosicato: (Ti-OR)₄.

→ stato binidile Meglio titaniosodio lamio, preferisce fare tanti legami struttura ohedrica.

Altri leganti non per ammino-etossido.

È importante conoscere la coordinazione favorita dal centro metallico.

Es. Titano o Ossido di TiO₂.

Altri precursori

TMMS: Metiltrimetossisilano.

Si trattano con acqua OMe OMe carburo di silicio Ho legami molto covalenti.

Metallo covalente Si SiO₂ metallo duro.

Non si idrolizza Si idrolizzato e condensato.

VTES: usare triethoxyvinylsilano.

Gruppo vinile.

Utile per parte polimerica -> resistente.

Rete terrac.

Materiale compatto a livello molecolare.

GPTMS.

Si epoxidosi che può aprirsi per formare unalcool che può unirsi a un centro alsilicio.

Rete terrac_Eⁱ-_OSi _O.

Super stabile.

Molto elettropositiva.

Idrofobia.

Si formano delle micelle -> Si crearono porosità.

Idrolisi -> eliminazione parte organica.

Condensazione -> legame stabile derivante dalla sottrazione di unione molecolari diverse e un comune atomo, con compete relazioni static e pinzoli.

Entrambe le reazioni sottostanna a macrocosmi molto simili e provano iniziare alla stessa temp.

Le reazione predominate il pendolo delle concentrazioni dei reagenti e dell'ambiente in generale al fini della sintesi dei gel e loro relazioni predominanti sulla realtà delle federazioni congregazioni di zincite sotto in qualità.

Le condizioni di reazione

Più importanti si controllano la chimica delle L e re Basin.

Idrolisi -> dipende alo pH.

M (OR)_n + H₂O → M (OR)_n-1 (OH) + ROH.

• Step (reazione S_N 2).
• Attacco nucleofilo dell’acqua.
• Trasferimento di un protone.
• Eliminazione del miglior gruppo uscente:

Intermedio punto coordinato →

Protone al centro basico più vicino e più basico.

Elettrico.

Parametri che gurancino le reazioni

Carattere nucleofilo della molecola che attacca (selezionamente H₂O) e proprietà elettroche delato ionicita acciaio.

Più elettrodomini quinidi carica parziale negativa nelle elettroresi.

Carattere nucleofilo della molecola insieme.

Insolubita e coordinazione del metallo.

S. scie. G -1 G -2.

Titanio G - 6 Z - 2.

Più alcalica è il pungelo nel inteemerido (1) minore e l'energia di attivazione del trasferimento protonico.

Matrice ingombrante dei gruppi R ostacola la condensazione.

Gli angoli e dipoder calcolati nello nucleofilo con elementi e sequestri del centro metallico apposita.

Elettromaturità e la reazilita elevata.

Catalisi acida

R₀ ^{4 OR 4 R₀} H ^OH → ^HO → SH₀.

Catalisi basica

(più letato del acida)

R₀ ^R _O to high to low ^OR →

Mol → sSi → O ^{R + OR}.

Più nucleofilo delle H₂O.

Reazione S_N1 → la regione è più veloce gruppo alcolici sono substuiti.

Catalisi con ione fluoruro

Genere intermedio punto coordinato molto reattivo e favorisce la reazione.

V₀ck_H.

Posizione del minimo dipende dal punto isoelettrico del materiale.

Perché alcuni precursori sono così attivi?

Quanto è la carica positiva nel centro del metallo?

Dipende dall'elettronegatività del centro metallico e dal tipo di legante, metalli di d-blocco sono molto reattivi, p-blocchi metalli memp reattivi.

Gruppi R -- se ostacolando stericamente attacco nucleofilo e ameno donare carica effetto induttivo.

Quantità carica -- Mⁿ metallo cambia in modo diverso a secondo che cambi.

Carica dei leganti -- più facile Mⁿ_m.

Metallo -- forte cambiamenti -- metallo pi despolarizzato, carica maggiore.

Gruppi R -- scompensione maggiore legame rispetto alla alora irrntrazione di coordinaxione -- gruppo entrante e meno nucleofile -- effetto di carica -- sulla reattività.

Come rallentare il idrolisi?

Uso di agenti complessanti (acetileacetone, al diacetone, acido carboilico o oltì leganti complendanti).

Diminuzione di temperatura -- metodo generale.

Uso di sali incrporandomento del punto isoelettrico.

Reazione di condensazione

Eliminazione di H₂O e formato di polimero.

Reazione SN2.

Alcossidazione.

O-R.

Oxo.

Reazione.

O idridazione se facilitrisce coordirassione del metallo non è soddisfatta metalladossido.

Favorisce quando ile metalio ècondivis con 2 centri metalloti.

Cimeticamente motlo veloce.

Acidi e basi

Possono catalizzare la reazione di condensazione producendo dei gel con differenti morfologie.

Acido - catene lineari poco ramificate.

Basiche - catene ramificate del tipo dendrimerico.

Acido

Acido: intemedio positivo -> protonazione gruppo OH.

Si - O_- H₀ - Si - O_H⁺ H₊ enzima attacco pos. -> elettrofili -> ossigeno elettrone.

Viene protonato l'attacco facilmente elettrofili -> carboni - cationi -> stabilizzano la carica positiva (hip carbonitane)⁺ O_- H₀ -> Si_O - O_{⁺ O^-} H₃O_⁺.

Centro con interscambio idrogeni -> forma carica ed un bromo e scambio pi bario -> ad alte concentrazioni H₂ SiOH₄ predomina centri metallici elettro, (e quindi i monomeri) sono instabili e nucleofilo (da un altro monomero).

Acido abbassa barriera produce polimerizzazione.

Basi

Basi: intermedio negativo stabilizzato da ossigeno * non da leganti ma specie fortemente coinvolgente sostituzione a carica negativa idrolizzati.

Si - O_- + OH_- -> Si_-O^- - O_- Si + O_- Si - O_H2 Specie qui reazione sono quelle fortemente idratate o condensate. Specie con piccola carica negativa che si predispongono -> hanno ramificazione.

Cinetica

Cinetica: dipende dalla concentrazione dei costituenti.

Tempo di reazione inversamente proporzionale alla velocità di reazione.

Precursore fonato -> Idrolizzare e fondata.

Acqua e precursore in rapporto stechiometrico -> velocità nel minimo di condensazione.

Solvente

Solvente: si usa perché forma acqua e metallo organico (precursore) norma insolubile alcol e d'alcole.

Il solvula nt può non essere innocente soprattutto per metalli sottocoordinati.

La struttura del precursore molecolare può essere differente in differenti solventi.

Ad esempio il titanio tetraisopropilato nel benzene forma dimeri, in mododi aumentare la coordinazione dal centro metallico, ma forma dimeri in alcool coinvolgendo le molecole in legami alcolici.

Invecchiamento e drying

Invecchiamento: postato nella soluzione per favorire la reazione di condensazione.

Gibbs Thomson.

Young-Lapace.

Drying: passaggio a xerogel 1): _{cg d} 2)punto triplo ( 3 fasi).

Risoluzione

Risoluzione:

Materiale sottoposto a calore.

Monomero---dimero -> ciclo -> particella.

1 nm.

Gel micellare 3D.

5 nm.

10 nm.

50/100 nm.

100 nm.

500 nm.

Morti per drogare il ferro

Tecnica Sol-gel -> molecole precursore di ferro e di titanio ad esempio.

I precursori devono avere la stessa reattività.

Altrimenti si perdono i gels.

• Precursore dopante.
• Etanolo.
• Precursore di titanio.
• Mischiamento.
• Idrolisi.
• (mescoionerea).
• H₂O/etanolo.
• Essiccazione a 80/110°C.
• Palleriazione.
• Calcinazione a 200/600°C.
• Dopo TiO₂.

Agenda: non solo i parametri dei precurs. (t,p,pH, tipo di precursori) è possibile sintetizzare.

Usare identiche morfologie/polinesarabfologie e anche poli intrastolate.

La morfobsya puoi essere controllata (in genere oporando sotto controllo cinetico).

Otremendo una di nanostrutture.

Deposizione di film sottili

• Dipping: immergendo il substrato in una soluzione di precursori.
• Spin coating: il substrato viene ricoperto dai precursori. il sample gira in rapida rotazione.
• Spreading: spargendo le Nafomera di corso e sedimentamento sulla superficie.
• Drip coating: substrato immersion in una soluzione di precurosi, poi viene estratto.

Far e lo si elette polarcie scopamfi -> per ottenere un film.

Confilm e omogeneo richiesta un film.

Laminare non turbolento.

1: forza vibosu che terriene l'equilibrabendo.

2: forza di gravato di base il vegime.

Forza viscum (preaule).

S= stagnation point.

Forza gravita.

Più forza di gravato.

Viscosità.

Nissisha ventuel-te extra shen.

Tensione superficale V Ln = 0,8L (M v).

Lei dei constantemente.

Questitionspencer Effem= V r.v (crq/a).

Ff. pianilu Neuwtoniana.

Regimi laminare.