solgelprosessit

Solgel-prosessi, suomeksi sol-gel, on märkäkemiallinen valmistusmenetelmä, jolla voidaan tuottaa lasia, keraameja ja ohuita pinnoitteita proteiinimaisesta raakamateriaalista. Menetelmä perustuu metalli-alkoksidien tai epäorgaanisten suolojen hydrolyysiin ja polycondensaatiolle, jotka muodostavat kiinteän verkoston solun sisällä. Prosessi etenee yleensä vaihtelevasti kolmen vaiheen kautta: sol muodostuu pienhiukkasista, jotka partiillisesta epäjatkuvasta suspensiosta muodostavat gelin eli geelin, ja geelin kuivamisen sekä mahdollisen lämpökäsittelyn kautta saadaan lopullinen kiinteä aine.

Tavallisia etapeleita ovat hydrolyysi ja kondensaatiokäytännöt katalysoidun veden kautta sekä geelin muodostuminen. Geeli voidaan kuivata xerogeliksi tai aerogeliksi; kuivuminen aiheuttaa usein kutistumista ja mahdollisia halkeamia, mikä on tärkeä suunnittelutäppi. Lämpökäsittely (densifikaatio ja mahdollinen ruskistus) tuottaa tiivistä oksidista lasia tai keraamia. Prosessissa käytetään usein metallialkyylidikemikaaleja, kuten tetraetyyliortosilikaattia TEOSia, sekä muita alkoksideja (esim. titaniums-isopropoksidi). Katalyysi voi olla hapan tai emäksinen, ja prosessi voidaan toteuttaa avoimessa tilassa tai vedenalaisessa/liuottimessa ympäristössä.

Sol-gel mahdollistaa sekä ohuiden pinnoitteiden että suurten partikkeleiden kontrolloidun valmistuksen. Sitä käytetään lasien ja kerroespinnoitteiden, optisten komponenttien, keraamisten pinnoitteiden sekä poro- ja katalyyttisten materiaalien valmistuksessa. Hyötyinä ovat matalammat lämmityst, hyvä sekoittuvuus ja mahdollisuus molekyylitasoiseen sekoitukseen; haasteina ovat kuivumisesta johtuvat rakenteelliset viat ja kosteuden sekä organisten jätösten hallinta. Historiallisesti sol-gel kehittyi 1900-luvun puolivälistä eteenpäin, ja Stöberin prosessi 1960–1970-luvuilta on keskeinen virstanpylväs, joka toi kontrolloidun pienikokoisten silica-säteilyn suosioon.