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 macrocospico e si arriva a particelle più piccole)

Si parte da dei precursori molecolari in soluzione con legami -> vengono eliminati -> materiale macrocospico 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)
• Essicamento dell'interfacce gel S: Scaldo ele molecale si appoggiano predaela col sompecesione mariaol tecniche)

Vantaggi:

• Controllo molto preciso della stechiometrica.
• 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 soli
• tecniche abbastanza adatte per preparazione del composti (facile immersione composi - perché non si decompongano)

Svantaggi:

• alta 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 termodinamicamente
    • stabili: 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

  1. Metalli + leganti → si usano monomeri e legante (parte organica)
  2. 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

       2 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 siliceo
       • alcoss 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
         • titanio
       • sodio 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 un

         alcool che può unirsi a un centro al

         silicio

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

       Idrolisi -> dipende alo ph

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

       1. Step (reazione S_N 2)
       2. Attacco nucleofilo dell’acqua
       3. Trasferimento di un protone
       4. 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 metalloS. scie. G -1 G -2Titanio 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 → S

       H₀

       Catalisi basica (piu letato del acida)R₀ ^R _O to high to low ^OR →

       Mol → s

       Si → 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 -- pi 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 eliinazione 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 è

       condivis 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: 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: 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: 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: 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 modo

       di aumentare la coordinazione dal centro metallico, ma forma dimeri in alcool coinvolgendo le molecole in legami alcolici

       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:

       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

       essicazione 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 L

       n = 0,8L (M v)

       Lei dei constantemente

       Questition

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

       Ff. pianilu Neuwtoniana

       regimi laminare