Técnica Sol Gel

Importancia

 Microestructura

 Defectos y Propiedades Mecànicas

 Propiedades Elèctricas

 Propiedades Tèrmicas

 Propiedades Magnèticas

 Fallas y Roturas

 Ceràmicas Avanzadas

Métodos

Definición

Tipos de métodos

Ventajas

 

Aplicaciones

 

Corazones de Fibras Ópticas

Ópticas

Low VOC

Optimización de Películas de Cerámicas

Photonics

Vidrios Sol-Gel

Indicadores de Sol-Gel

Materiales de Nanofase

Sol-Gel Coatings

Transición del Sol-Gel

Cristal del Immunosorbent

Capas contra-reflexivas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Sistema de deposición de materiales dieléctricos

 

 

 

 

 

 

 

 Secuencia del proceso Gel glass

 

 

 

  Proceso de Solica

 

 

 

 

 

 

Composición de Alùmina

 

Aerogel de SiO2

 

 

Importancia

La síntesis de polvos cerámicos es tema de investigación y desarrollo que atrae el interés de científicos e ingenieros. La motivación tecnológica que guía dicho interés incluye nuevas propiedades, nuevas microestructuras, menores temperaturas de procesamiento, y mayor reproducibilidad, la cual disminuye la tasa de rechazos en los productos finales. La motivación científica es el desarrollo de microestructuras modelo que arrojen luz sobre los fundamentos de procesos tales como dispersión, granulación, conformado y densificación, y permitan desarrollar relaciones más precisas entre microestructura y propiedades. La “lista de deseos” de características controlables incluye tamaño de partícula, distribución de tamaño de partícula, morfología, grado de aglomeración, fase y pureza química.

Aplicando el proceso del sol-gel, es posible fabricar los materiales de cerámica o de cristal en una variedad amplia de formas: polvos formados ultra-finos o esféricos, capas de la película fina, fibras de cerámica, membranas inorgánicas microporosas, cerámica y cristales monolíticos, o materiales extremadamente porosos del aerogel.

En este contexto, el método denominado sol-gel parece responder a varias de las demandas de las tendencias actuales de la producción de materiales.

 

Métodos

 

 

 Definición :El proceso del sol-gel es un proceso versátil de la solución para hacer los materiales de cerámica y de cristal. En general, el proceso del sol-gel implica la transición de un sistema de un líquido "sol" (de una suspensión  coloidal de partículas sólidas con tamaño suficientemente pequeño para permanecer en suspensión gracias al movimiento Browniano) en una fase sólida del "gel"( sólido consistente en al menos dos fases, con la fase líquida atrapada e inmovilizada por la fase sólida).

Los materiales usados en la preparación del "sol" son generalmente sales inorgánicas de metal o compuestos orgánicos de metal tales como los alcóxidos. En un proceso típico de sol-gel, el precursor se sujeta a una serie de reacciones de la hidrólisis  y polimerización  para formar una suspensión coloidal, o a un "sol"; generalmente con el ácido o la base como catalizadores, forman partículas o racimos sólidos pequeños en un líquido (solvente orgánico o acuoso). Las partículas o los racimos sólidos son tan pequeños (1~1,000 nm) que las fuerzas gravitacionales son insignificantes y las interacciones son dominadas por van las fuerzas de Van der Waals, coulombica y steric . El Sol es estabilizado por una capa doble eléctrica , o la repulsión steric, o su combinación.. La transformación posterior de este permite hacer los materiales de cerámica en diversas formas. Las películas finas se pueden producir en un pedazo del substrato. Cuando el "sol" se coloca en un molde, se formará un "gel mojado ". Con la sequedad adicional y el tratamiento térmico, el "gel" se convierte en artículos de cerámica o de cristal densos. Si el líquido en un "gel mojado" se quita bajo condición supercrítica (de la sequedad supercrítica ), se obtiene un material de  densidad altamente porosa y extremadamente baja llamado " de un aerogel ". Los polvos de cerámica Ultra-finos y uniformes son formados por la precipitación, la pirolisis del aerosol, o las técnicas de la emulsión.

 

 Métodos aplicables

 

 

 

Formación de un gel a partir de una suspensión coloidal o de un hidrosol

 Tomando como ejemplo la producción de geles de SiO2, la sílice se incorpora como una suspensión coloidal acuosa, o un silicato coloidal, a la que pueden agregarse más componentes en la forma de sales metálicas disueltas en agua. De la mezcla resulta un sol homogéneo; mediante una desestabilización del hidrosol, o gelificación, la viscosidad aumenta gradualmente dando lugar a un material rígido, poroso, que se trata térmicamente para eliminar el agua y dar lugar a la estructura definitiva. 

Formación de un gel a partir de hidrólisis y policondensación de compuestos metalorgánicos

 Todos los constituyentes o parte de ellos se introducen como compuestos metalorgánicos, generalmente alcóxidos. Tras una hidrólisis se obtiene un sol homogéneo, el cual sufre una policondensación hidrolítica generando un gel no cristalino, que mediante los respectivos tratamientos térmicos da lugar al material definitivo. 

 

 

Ventajas


- Control de la pureza de los reactivos, del grado de homogeneidad de la mezcla de precursores, y de la microestructura (uniformidad y distribución de tamaños de partículas).
- La posibilidad de fabricación en formas útiles no tradicionales (fibras, películas delgadas, burbujas, elementos ópticos, etc.) con propiedades muy controladas. 
- Otra importante innovación que aporta el procedimiento sol-gel es la de poder preparar a temperaturas bajas, materiales muy puros, con alto grado de homogeneidad, que no siempre pueden conseguirse por los métodos tradicionales. 

Los ejemplos incluyen el aerogel  usado en artes del espacio para capturar el polvo estelar, xerogels como matriz en biosensores, y los materiales del laser de la alta energía.

 

Aplicaciones

 

  Los usos para los productos de Sol-Gel son numerosos. Una de las áreas de aplicación más grandes está para las capas y las películas finas usadas en componentes y dispositivos electrónicos, ópticos, y electrópticos, tales como substratos, condensadores, dispositivos de memoria, detectores (IR) infrarrojos, y guías de onda. Las capas de antireflejos también se utilizan para los usos automotores y arquitectónicos. Las capas protectoras y decorativas están bajo investigación también.

Los polvos de composiciones solas y de varios componentes se pueden hacer con el tamaño de partícula submicron para los usos estructurales, electrónicos, dentales, y biomédicos. Los polvos compuestos se han patentado para el uso como herbicidas. Las fibras se pueden también haciendo girar las soluciones del precursor o cubrir con películas finas. Las fibras ópticas y refractarias se utilizan para los sensores ópticos de  fibra y el aislamiento térmico, respectivamente. Además, el Sol-Gel se puede utilizar para infiltrar objetos semi-trabajados de la fibra para hacer compuestos.

El cristal monoliths/coatings y los híbridos  inorgánicos y orgánicos están en el desarrollo para las lentes, los substratos de espejo, la óptica graded-index, los filtros ópticos, los sensores químicos, las guías de onda activas pasivas y no lineales, y los lasers. Las membranas para los procesos de la separación y de la filtración también se están investigando, así como los catalizadores. Más recientemente, los usos de la biotecnología se han estudiado extensivamente, donde las biomoléculas se incorporan en matrices del Sol-Gel (tales como proteínas, enzimas, anticuerpos, etc.). Los usos incluyen la supervisión de procesos bioquímicos, prueba ambiental, transformación de los alimentos, y la entrega de la droga para la medicina o la agricultura.

 

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