Solgelprosesser

Solgelprosesser er våt-kjemiske metoder for å fremstille materialer fra små kolloidalpartikler som danner et gelnettverk og senere tørkes og varmebehandles til fast stoff. Ofte produserer de oksiderte materialer, som silikater eller metalloksider, med lavere temperaturer enn tradisjonell keramikk og med god kjemisk homogenitet.

Kjernen i prosessene er hydrolyse og polycondensasjon av metalalkoxider, for eksempel silisiumbasert TEOS eller andre metallalkoxider. Vann bryter M–OR-bånd og danner M–OH; videre kondensasjon mellom M–OH-grupper skaper M–O–M-koblinger og et tre-dimensjonalt nettverk. Gelering fester flytende faser i strukturen; etterpå tørking fjerner væske og densifisering oppnås ved varme.

Porøsitet og tetthet kontrolleres gjennom valg av forløper, løsningsmiddel, vann-alkanol-forhold, pH og tørkeforhold. Tørke kan forårsake spenninger og sprekker, så metoder som superkritisk tørking eller skånsom tørking brukes ofte for å bevare nettverkets struktur.

Fordeler inkluderer lavere prosesserings- og temperaturkrav, god kjemisk homogenitet og mulighet for tynne filmer og porøse materialer. Begrensninger omfatter tørkeproblemer, utfordringer ved skalering og behovet for nøye kontroll av tørke- og varmeprogram.

Anvendelser spenner fra optiske og beskyttende belegg til katalytiske støttematerialer, keramiske og biomedisinske materialer, sensorer og membraner. Vanlige systemer inkluderer silica-, alumina-, titania- og zirkoniabaserte materialer fremstilt som filmer, monolitter eller porøse korn.