Phương pháp hóa học sol gel
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.45 MB, 32 trang )
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
PHƢƠNG PHÁP SOL GEL
Cán bộ hướng dẫn
TS. Ngô Trương Ngọc Mai
Học viên thực hiện
Nguyễn Trương Thúy An MSSV: M3817001
Lớp Kỹ thuật hóa học – K24
Khoa Công Nghệ – Trường Đại học Cần Thơ
Nội dung báo cáo
1
Tổng quan về phương pháp sol-gel
2
Cơ chế phản ứng
3
Ưu điểm và nhược điểm của sol-gel
4
Ứng dụng thực tế
2
1. 1 Lịch sử
Giữa năm 1800, Ebelmam & Gramham nghiên cứu về Silic
Dùng phƣơng pháp sol sel để tạo gốm sứ và kính
Năm 1950 -1960, Roy và các cộng sự
sử dụng phƣơng pháp sol – gel để tạo gốm sứ mới
Vào đầu năm 1970, đƣợc nghiên cứu rộng rãi.
Đặc biệt ứng dụng trong tổng hợp vật liệu cấp hạt nano
3
1.2 Khái niệm
4
• Phương pháp hóa học Sol-gel là một kỹ thuật để tạo ra một số sản phẩm có hình
dạng mong muốn ở cấp độ nano
• Sol là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính khoảng 1 ÷ 100 nm
phân tán trong môi trường lỏng
• Gel là một dạng chất rắn - nửa rắn (solid - semi rigide) trong đó vẫn còn giữ dung
môi trong hệ chất rắn dưới dạng keo hoặc polyme
1.3. Cơ sở hóa lý
5
Phƣơng pháp sol gel
• là một phương pháp hóa học ướt;
• tổng hợp các phần tử huyền phù dạng keo rắn trong chất lỏng
-> nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho
đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol-gel.
Trong quá trình sol gel các phân tử trung tâm trải qua 2 phản ứng hóa học
cơ bản: phản ứng thủy phân và phản ứng ngƣng tụ (dưới xúc tác acid hoặc
bazo) để hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch.
Tốc độ quá trình thủy phân và ngƣng tụ ảnh hƣởng đến cấu trúc của gel
-> quyết định lên tính chất của sản phẩm.
-> điều khiển được tốc độ của hai quá trình này có thể tổng hợp được vật liệu ở
dạng khối, hạt và màng mỏng như mong muốn.
1.4 Các phƣơng pháp phân tích 6
ứng dụng trong sol - gel
Phổ chiếu xạ tia X (XRD)
1.4 Các phƣơng pháp phân tích 7
ứng dụng trong sol - gel
Thiết bị chụp phổ TEM
Nghiên cứu vi cấu trúc tinh thể,
chuyển pha, phân hủy dung dịch rắn
Thiết bị chụp phổ SEM
Nghiên cứu cấu trúc bề mặt vật liệu
một cách chính xác
Nội dung báo cáo
1
Tổng quan về phương pháp sol-gel
2
Cơ chế phản ứng
3
Ưu điểm và nhược điểm của sol-gel
4
Ứng dụng thực tế
8
2. Cơ chế phản ứng
Có thể tạo hệ sol trong một chất lỏng thích hợp bằng 2 cách
1
2
Phân tán chất rắn không tan từ cấp hạt lớn
chuyển sang cấp hạt của sol trong các máy
xay keo.
Dùng dung môi để thuỷ phân một precusor
cho tạo thành dung dịch keo.
Ví dụ dùng nước để thuỷ phân alcoxyt kim loại để tạo
thành hệ keo oxit của kim loại đó.
9
2. Cơ chế phản ứng
1
0
2. Cơ chế phản ứng
11
Diễn biến quá trình Sol – gel
Các hạt keo mong
muốn từ các phân tử
huyền phù precursor
Phân tán
-> dd chất lỏng
Lắng đọng
Hệ Sol
Phun, nh úng, quay
Lớp phủ
Polymer hóa
Loại bỏ các thành phần
ổn định hệ
Mạng lƣới gel liên tục
Nhiệt phân
Vô định hình
Mạng tinh thể
2. Cơ chế phản ứng
Diễn biến quá trình Sol – gel
12
2. Cơ chế phản ứng
13
Diễn biến quá trình Sol – gel
Các loại phát triển cấu trúc : monomer – monomer, monnomer – cluster, cluster –
cluster, tuy nhiên cấu trúc monomer – monomer là không đáng kể.
2. Cơ chế phản ứng
14
Có thể tóm tắt phương pháp sol-gel theo sơ đồ sau:
Phân tán/ thủy
phân thành sol
Làm nóng/
già hóa
Các thông số ảnh hưởng chủ yếu đến 2 quá trình:
độ pH, bản chất và nồng độ của chất xúc tác, nhiệt
độ, dung môi, tỉ số H2O/M.
Đung nóng gel
sản phẩm
Nội dung báo cáo
1
Tổng quan về phương pháp sol-gel
2
Cơ chế phản ứng
3
Ưu điểm và nhược điểm của sol-gel
4
Ứng dụng thực tế
1
5
16
3. Ƣu nhƣợc điểm của sol-gel
Ƣu điểm
1
2
Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để mang đến
sự dính chặt rất tốt giữa kim loại và màng
Có thể tạo màng dày cung cấp cho quá trình chống
ăn mòn
Có thể tạo màn ở nhiệt độ thường
3
Có thể phun phủ lên các hình dạng phức tạp, sản
xuất những sản phẩm có độ tinh khiết cao
4
Là phương pháp hiệu quả, kinh tế, đơn giản dễ sản
xuất màng có chất lượng cao
16
17
3. Ƣu nhƣợc điểm của sol-gel
Nhƣợc điểm
1
2
3
4
Sự liên kết trong màng yếu
Độ chóng mài mòn yếu
Rất khó điều khiển độ xốp
Dễ bị rạn nứt khi xử lý ở nhiệt độ cao
Chi phí cao đối với những vật liệu nhỏ
Hao hụt nhiều trong quá trình tạo màng
17
Nội dung báo cáo
1
Tổng quan về phương pháp sol-gel
2
Cơ chế phản ứng
3
Ưu điểm và nhược điểm của sol-gel
4
Ứng dụng thực tế
18
3. Ứng dụng thực tế
19
Các phƣơng pháp phủ Sol gel
1
Điều kiện tiên quyết
Phòng thí nghiệm sạch
Dung dịch phủ màng được lọc
Đế thủy tinh cùng một số thiết bị phải được rửa sạch
2
Một số phƣơng pháp phủ màng
Phủ nhúng (dio – coating)
Phủ quay (spin – coating)
Phủ phun (Spray – coating) & phủ dòng chảy
Phủ cuốn (rol – coating)
3. Ứng dụng thực tế
20
Phƣơng pháp sol gel đƣợc ứng dụng
Chế tạo và
nghiên cứu vật
liệu oxit kim loại
tinh khiết
Màng mỏng,
gel khói, gel
khí, hạt nano,
sợi ceramic
Tổng hợp
gốm, sợi
quang học…
3. Ứng dụng thực tế
21
3. Ứng dụng thực tế
Sợi Ceramic
Sợi quang học
Gel khói
Aerogel
22
3. Ứng dụng thực tế
Scheme of production of glass microspheres via a Sol–gel, b flame
spheroidisation and c tube furnace methods
23
3. Ứng dụng thực tế
(a) TEM image of gold–silica core–shell (GSCS) nanoparticles without
additional water by sol–gel method. (b)–(f) TEM images of GSCS
nanoparticles with 1, 3, 5, 7, and 9 mL of additional water by sol–gel method.
24
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN
ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE
