Técnica
Sol Gel
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Importancia
Microestructura Defectos y Propiedades
Mecànicas Métodos
Aplicaciones
Optimización
de Películas de Cerámicas
Sistema de
deposición de materiales dieléctricos Secuencia del
proceso Gel glass
Composición
de Alùmina
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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.
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. |
