Vật liệu tiên tiến Vật kiệu Sol gel

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ
Mơn học: HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Đề tài
VẬT LIỆU SOL-GEL

GVHD

:

Họ và tên sinh viên

:

Hà Nội - Năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ
Mơn học: HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)
Đề tài
VẬT LIỆU SOL-GEL

GVHD

:

Họ và tên sinh viên

:

Hà Nội - Năm 2018


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Mục lục
Mục lục ............................................................................................................................ 3
Lời mở đầu....................................................................................................................... 4
Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt ......................................................................................... 5
Danh mục bảng ................................................................................................................5
Danh mục hình vẽ, đồ thị ................................................................................................ 6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SOL-GEL...................................................................7
1.1.

Lịch sử phát triển của Sol-Gel ...........................................................................7

1.2.

Sols, Gels và quá trình Sol-Gel [2] ....................................................................8

1.3.

Các giai đoạn trong quá trình Sol-Gel [8]........................................................ 11

1.4.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp Sol-Gel [2] ...................................12

1.5.

Ứng dụng tổng quát [8] .................................................................................... 13

CHƯƠNG II . MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔNG HỢP BẰNG SOL-GEL ........................ 16
2.1. Aerogel [1] ..........................................................................................................16
2.1.1. Tổng quan.[1] ............................................................................................... 16
2.1.2. Ứng dụng [1] .................................................................................................16
2.2.

Vật liệu Sol-Gel Nanocomposites ....................................................................21

2.2.1. Tổng quan [6] ............................................................................................... 21
2.1.2.
2.3.

Ứng dụng [6] ............................................................................................. 21

Cập nhật về vật liệu Sol-Gel mới .....................................................................25

2.3.1. SrBixLaxFe12 − 2xO19(0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrit [5] .................................25
2.3.2.

Tinh thể đối xứng và từ tính trong Ti thay thế Bi0.8Ba0.2FeO3 gốm [3] 26

2.3.3.

Solgel thủy nhiệt của ống nano Tb / Tourmaline / TiO2 và hoạt tính quang

xúc tác tăng cường. [4] ........................................................................................... 27
CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN ............................................................................................. 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 30

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 3


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Lời mở đầu
Mục tiêu của báo cáo là tìm hiểu khái quát đối tượng tìm hiểu là vật liệu SolGel. Kết quả của báo cáo dựa trên cơ sở tìm đọc tài liệu,so sánh, phân tích và tổng hợp
lại. Trong q trình làm cịn nhiều khía cạnh của vấn đề chưa được tìm hiểu sâu và cịn
nhiều thiếu sót do cơ sở kiến thức có được cịn hạn hẹp. Vì vậy em rất mong được thầy
đánh giá và chỉnh sửa để giúp em hoàn thành tốt nhất cho bài tập môn học này.
Em xin trân thành cảm ơn,

➢ PGS.TS. _giảng viên hướng dẫn chính, đã giúp đỡ và hướng dẫn em hồn thành
báo cáo này.
➢ Các thầy(cơ) trong các bộ mơn thuộc Viện kỹ thuật hóa học_Đại học Bách Khoa
Hà Nội trang bị cho em có các kiến thức căn bản nhất để thực hiện được bài tập

môn học.

Sinh viên thực hiện:

Điểm

Đánh giá, nhận xét của giảng viên

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 4


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt
Chữ viết tắt
1. DLVO

Dạng đầy đủ
Lý thuyết DLVO được đặt tên theo Boris Derjaguin và Lev
Landau, Evert Verwey và Theodor Overbeek

2. EMs

(Energetic Materials) Vật liệu giàu năng lượng tổng hợp SolGel

3. RSCE

(Rapid Supercritical CO2 Extraction) Dòng CO2 siêu tới hạn
nhanh

4. CSCE

(Supercritical CO2 Extraction) dòng CO2 siêu tới hạn

5. HAp

Hydroxy apatit

6. SCIM

Sample Collection of the Investigation of Mars

7. RF

Resorcinol-Formaldehyde

Danh mục bảng
Bảng

Trang

Bảng 1. Ưu hược điểm của phương pháp Sol-Gel

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

12

Trang | 5


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Danh mục hình vẽ, đồ thị
Hình vẽ/ biểu đồ

Trang

1. Hình 1. Sơ đồ biểu diễn các giai đoạn và tuyến đường khác nhau của

10

công nghệ sol – gel
2. Hình 2. Sơ đồ của ba loại vật liệu hỗn hợp năng lượng cao sol-gel cấu

16

trúc nano giàn giáo oxy hóa
3. Hình 3. Sự cháy của Aerogel sắt (III) oxit trong vật liệu năng lượng

17

nano composite nhôm gây hiệu ứng nhiệt để tổng hợp các chất cần nhiệt độ

cao
4. Hình 4. Khối Arogel của một resorcinol-formaldehyde / ammonium

17

nitrate (3: 7 w / w) có khả năng cho các vật liệu năng lượng để đúc và sấy
khơ hình dạng được xác định rõ
5. Hình 5. Các vật liệu sol-gel pha tạp PtOEP: xerogel, RSCE aerogel,

18

CSCE aerogel (trái sang phải).
6. Hình 6. Một giọt nước trên bề mặt của một khối không khí silica kỵ

18

nước
7. Hình 7. hydrophbic silica aerogel block đặc tính truyền quang

18

8. Hình 8. hai van tim ngun mẫu aerogel monoleaflet

19

9. Hình 9. Phi thuyền Stardust chứa thiết bị chụp siêu tốc

20

10. Hình 10. Các mơ-đun thu thập SCIM đề xuất chứa silica gel với mật độ

20

20 mg
11. Hình 11. Rover 2003 thăm dò sao Hỏa trên bề mặt sao Hỏa sử dụng

20

Aerogel graphit cách nhiệt.
12. Hình 12. Đúc hợp kim nhôm (AlSi7Mg0.6) đúc thành khuôn cát với lõi

20

được làm từ cát liên kết RF-aerogel. Cốt lõi đã được loại bỏ bằng cách giải
nhiệt tại 350 độ C Cát liên kết RF-aerogel với lượng chất kết dính cao hơn.
13. Hình 13 . Một số hình ảnh về ứng dụng aerogel trong nghệ thuật

21

14. Hình 14. Sơ đồ trình bày vi cấu trúc xốp và hạt silica rỗng với sự

22

khuếch tán của thuốc từ các kênh xốp

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 6

SVTH :
MSSV :

GVHD:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SOL-GEL
1.1.

Lịch sử phát triển của Sol-Gel

[2] Sols và gel là hai dạng vật chất được biết là tồn tại tự nhiên cho một
thời gian dài. Chúng bao gồm các vật liệu khác nhau như mực, đất sét và một số vật
liệu khác các chất như mắt, máu, huyết thanh và sữa. Sols và gel có phát sinh lợi ích
khoa học trong một thời gian dài. Các sols lâu đời nhất được chuẩn bị trong phịng thí
nghiệm được tổng hợp bằng vàng của Faraday năm 1853. Chúng vẫn ổn định ngày
nay . Mãi đến năm 1861, Graham mới thành lập khoa học keo. Kể từ đó nghiên cứu về
gốm keo sols đã dần dần tiến triển để các cách thức mà trong đó sols và sự nhạy cảm
của chúng với một số yếu tố khác nhau hiện đang bắt đầutìm hiểu. Chỉ gần đây chúng
ta mới có thể kiểm sốt kích thước của các hạt bằng muối vơ cơ .Tương tự như vậy, nó
đã được cần thiết để đạt được một tốt sự hiểu biết về bản chất của sols và của các luật
giải thích trạng thái của chúng trước đây tổng hợp các phân tán hạt được xác định rõ.
Một đóng góp lớn trong sự hiểu biết về hóa học sols đến từ DLVO hoặc lý thuyết tĩnh
điện. Điều này lý thuyết đặc biệt là người đầu tiên phân biệt một kết tủa từ một hỗn
hợp huyền phù keo.
[7]Đối với gel, ngoài một số gel silica tồn tại tự nhiên, sự tổng hợp của chúng chỉ
có được từ thế kỷ XIX. Ebelmen đã tạo ra silicagel vào năm 1846 và Cossa tổng hợp
gel alumina đầu tiên vào năm 1870. Kể từ đó về sau, tất cả các loại gel vô cơ đã được
tổng hợp dần dần và các kỹ thuật khác nhau như sấy siêu tới hạn của Kistler đã được
giới thiệu. Điều này sau đó dẫn đến việc sản xuất các loại khí silic, alumina, zirconia,
stannic đầu tiên và oxit vonfram. Vẫn cịn trong đồ gốm nhưng bên ngồi mỏ oxit,

Stock và Somieski tổng hợp các silazan đầu tiên, tiền thân của Si3N4. Nhất các kỹ
thuật gần đây bao gồm việc sử dụng chất hoạt động bề mặt, cho phép tạo ra xốp cấu
trúc với đóng gói hình lục giác thường xun của các lỗ chân lơng hình trụ và các lỗ
mới khác lai của vật liệu hữu cơ vô cơ .Một số gel đã được tổng hợp chỉ gần đây. Ví
dụ, gel borơ đầu tiên, đã được sản xuất vào năm 1984 bởi Tohge và cộng sự. Số lượng
ấn phẩm về keo và các loại keo của gốm sứ tăng đều đặn kể từ sự bắt đầu của khoa học
keo, một số tính chất và cấu trúc của gel bây giờ bắt đầu được làm sáng tỏ trên cơ sở
chung. Ví dụ, các chi tiết lịch sử đầu tiên đã được tóm tắt bởi Her cho silica và Gitzen
cho alumina. Flory sau đó thiết lập cơ sở lý thuyết cần thiết để hiểu mạng cấu trúc của
một gel và động học của sự hình thành và gel hóa của nó. Cơng việc ban đầu của anh
HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 7


SVTH :
MSSV :

GVHD:

ấy chỉ xử lý gel hữu cơ nhưng đã sớm được mở rộng đến các chất vô cơ. Ngay sau đó,
lý thuyết về sự thấm nhuần của Hammersley giải thích q trình tạo gel như một trường
hợp đặc biệt của các hiện tượng quan trọng xảy ra trong vật lý. Hình dạng ren đặc trưng
cho một mạng gel và gốm xốp thu được ở đầu sự đầm nén sau đó được mơ tả bằng
hình học fractal do Mandelbrot giới thiệuTrong một thời gian dài, rượu và gel chỉ là
những lợi ích khoa học thuần túy. Tuy nhiên, khu vực đặc biệt cao làm cho họ ngày
càng thú vị trong lĩnh vực xúc tác. Vào đầu những năm 1960, theo các tác phẩm trên
đất sét và các oxit nhiên liệu hạt nhân ở Anh, và của Matijevic về sản xuất các hạt keo
có kích thước và hình dạng được kiểm soát, gốm mới được sản xuất cho sử dụng kỹ
thuật hơn. Kể từ những năm 1970, số lượng ấn phẩm ngày càng tăng trong lĩnh vực

gel và chất keo vô cơ đã được công bố. Điều này dẫn đến một số lượng ngày càng tăng
các ứng dụng tiềm năng thú vị trong gốm sứ công nghệ cao; một số người trong số họ
có đã được thương mại hóa. Các quy trình sol-gel mới giờ đây có thể hồn thành ít
nhất là một mức độ nào đó nhu cầu hiện tại đối với các sản phẩm mới và tốt hơn . Độ
tinh khiết cao bột submicron, nhiên liệu hạt nhân, dây dẫn điện tử , ion và từ tính vật
liệu có thể được sản xuất bằng kỹ thuật sol-gel. Xử lý Sol-gel cũng rất hữu ích và quan
trọng khi sản xuất phức hợp tái tạo đồng nhất vật liệu gốm là cần thiết. Như một vấn
đề của thực tế, kỹ thuật này thường được coi là là con đường dẫn đến "gốm sứ tốt hơn
thơng qua hóa học". Tuy nhiên cơ bản các khía cạnh của vật lý cũng rất quan trọng và
khơng được bỏ qua. Những khía cạnh đó bao gồm đặc biệt lý thuyết DLVO, phương
pháp thấm nước của gelation và nhiều hơn nữa nói chung, thiết kế "siêu cấu trúc" (tức
là, ở quy mô các tập hợp rất nhỏ của nguyên tử) của bất kỳ tài sản nào là cơ học hoặc
từ tính.
1.2.

Sols, Gels và q trình Sol-Gel [2]

❖ SOLS
Một sol là sự ổn định ổn định của các hạt rắn dạng keo trong một chất lỏng. Đối
với một sol để tồn tại, các hạt rắn, đậm đặc hơn chất lỏng xung quanh, phải đủ nhỏ để
lực lượng chịu trách nhiệm phân tán lớn hơn của lực hấp dẫn. Hơn nữa, các hạt này
phải bao gồm một số nguyên tử vĩ mô đáng kể.
Trong thực tế, nếu các hạt q nhỏ, thì nó sẽ là chính xác hơn để nói về các phân
tử trong dung dịch. Ban đầu, "keo" chỉ được gọi là các hạt vĩ mô mà khơng thể vượt

HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 8

SVTH :
MSSV :

GVHD:

qua thông qua một màng lọc máu. Tuy nhiên, định nghĩa này khơng hạn chế và giá trị
chính xác của phạm vi kích thước của các hạt có liên quan. Thực tế, các hạt trong một
sol keo phải có kích thước bao gồm giữa 2nm và 0,2Jlm; điều này tương ứng đến 103
đến 109 nguyên tử trên mỗi hạt . Các hạt trong phạm vi kích thước thích hợp này có
thể được chia Giới thiệu về chế biến Sol-Gel 3 thành ba loại. Chúng có thể bao gồm
các phần được chia nhỏ của vật chất rời (ví dụ: các hạt nhỏ của alumina), các đại phân
tử thực sự đủ lớn để được keo (như protein), hoặc các hạt nhỏ có thể được coi là cả hai
đại phân tử và là những phần nhỏ của vật chất vĩ mô (như các hạt ren).
Trong trường hợp các phần được chia nhỏ của vật liệu rời, có hai pha nhiệt động
lực học và sol được coi là chất kỵ nước, hoặc kỵ nước nếu nước là dung mơi chính
được sử dụng.
Trong trường hợp các đại phân tử thực, chỉ có một giai đoạn nhiệt động lực học và
sau đó chúng ta nói về một giải pháp ưa nước hoặc ưa nước. Các hạt ren nhỏ là khó
khăn hơn để mơ tả và xảy ra, ví dụ, với một số dạng keo silica. Dung môi được sử dụng
để phân tán ổn định các hạt keo của sol thường là hoặc nước tinh khiết hoặc một giải
pháp bao gồm chủ yếu là nước. Tuy nhiên, khác các dung mơi như rượu cũng có thể
được sử dụng.
❖ GELS
Một gel là một mạng lưới liên kết 3 chiều kết nối xốp mở rộng theo kiểu ổn định
trong suốt môi trường lỏng và là chỉ giới hạn bởi kích thước của container. Nếu mạng
rắn được làm bằng các hạt sol keo, gel được cho là keo. Nếu mạng rắn được làm bằng
các đơn vị hóa học dưới dạng keo sau đó gel là polymer. Một polymer, như được xác
định bởi Flory, là một nhóm các phân tử có cấu trúc có thể được tạo ra thơng qua "sự
lặp lại của một hoặc một vài đơn vị tiểu học." Có một sự đa dạng tuyệt vời của vô cơ
sols và gel và một số phân loại đã được đề xuất, nhiều nhất hoàn thành tất cả là một

lần nữa được đưa ra bởi Flory. Bản chất của gel phụ thuộc vào sự cùng tồn tại giữa
mạng rắn và mơi trường lỏng. Một số nhận xét do đó phải được thực hiện trên trạng
thái cân bằng này. Các chất lỏng có mặt giữa lưới của mạng rắn có chứa gel; nó có
khơng chảy ra một cách tự nhiên và ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với chất
rắn mạng. Nếu chất lỏng chủ yếu bao gồm nước, và nếu pha nước đó là một mặt có tỷ
lệ lớn nhất, thì gel tương ứng là một aquagel (hoặc hydrogel). Một aquagel là một vật

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 9


SVTH :
MSSV :

GVHD:

liệu mềm có thể dễ dàng cắt bằng dao. Nếu pha lỏng phần lớn bao gồm một loại rượu
sau đó gel là một alcogel. Cuối cùng, nếu hầu hết chất lỏng được loại bỏ, sau đó chất
rắn giịn thu được hoặc được gọi là xerogel hoặc một airgel, tùy thuộc vào phương
pháp sấy khơ (chúng cũng có thể được gọi đơn giản hơn gel khô).
❖ Sự đông (lạnh) tụ Gel
Một dạng gel khi sự phân tán đồng nhất xuất hiện trong sol ban đầu cứng nhắc.
Quá trình này, được gọi là đông tụ , ngăn chặn sự phát triển của tính khơng đồng nhất
trong vật liệu. Một sol, hoặc một giải pháp, có thể được chuyển đổi thành một chất keo
(hoặc polyme) gel bằng cách đi qua cái gọi là điểm gel . Thực tế, đó là vào thời điểm
này rằng sol đột ngột thay đổi từ trạng thái lỏng nhớt thành một pha rắn gọi là gel.
Điểm gel này và các thuộc tính của sols và gel gần điểm này giờ đây tốt hơn đặc trưng
trong khuôn khổ "lý thuyết hiện tượng quan trọng" mới.
❖ Sự kết tủa Gel

Chất trung gian giữa gel và kết tủa được gọi là kết tủa gel. Đó là các định nghĩa
thường mơ hồ và làm rõ nó bạn phải xem xét . Lượng mưa là kết quả của sự hình thành
các uẩn dày đặc trong một số trường hợp. Điều kiện chính xác khơng cịn có thể phân
tán đều đặn trong chất lỏng. Những bộ sưu tập này có kết cấu có thể được đóng gói
densely vì nó là khá mở. Trong thực tế, các điều kiện cho lượng mưa có thể dễ dàng
được kết hợp với các yêu cầu cho sự hình thành vơ hạn Web xốp ba chiều tạo thành
kết tủa gelous giống hệt nhau các loại liên kết.
❖ Qúa trình SOL-GEL
Nhiều định nghĩa về quá trình sol-gel tồn tại. Ví dụ xem xét rằng qúa trình sol-gel
chỉ tính đến các oxit đa thành phần đồng nhất ở cấp độ ngun tử. Do đó, định nghĩa
này khơng bao gồm keo kết tủa của hydroxit và oxyhydrat kể từ khi chúng trở thành
đồng nhất chỉ bằng phản ứng ở nhiệt độ cao. Trong thực tế, ở đây thuật ngữ "sol-gel"
bị hạn chế đối với các gel được tổng hợp từ alkoxit. Mặt khác, xác định quy trình "solgel" khi sản xuất oxit vô cơ, hoặc từ phân tán keo hoặc từ alkoxit kim loại. Tuy nhiên,
quy trình sol-gel khơng lâu hơn chỉ bao gồm các oxit nhưng cũng có một số thành phần
khác như nitrit và sulfua đã được sử dụng gần đây trong quá trình tổng hợp hữu cơ vơ
cơ lai ngun vật liệu. Q trình sol-gel là một con đường keo được sử dụng để tổng
hợp gốm sứ với một giai đoạn trung gian bao gồm một sol hoặc một trạng thái gel.
HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 10


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Trong khoa học vật liệu , quá trình sol-gel là một phương pháp sản xuất vật liệu
rắn từ các phân tử nhỏ. Phương pháp này được sử dụng để chế tạo các oxit kim loại ,
đặc biệt là các oxit silicon và titan. Quá trình này liên quan đến việc chuyển đổi các

monome thành dung dịch keo ( sol ) hoạt động như tiền thân của một mạng tích hợp
(hoặc gel ) của một trong hai hạt rời rạc hoặc các polyme mạng . Tiền chất điển hình
là alkoxit kim loại .
1.3.

Các giai đoạn trong quá trình Sol-Gel [8]

Hình 1. Sơ đồ biểu diễn các giai đoạn và tuyến đường khác nhau của công nghệ sol –
gel [8]
❖ Giải thích sơ đồ [8]
Trong quy trình hóa học này, "sol" (hoặc dung dịch) dần dần tiến hóa thành hệ
gel lưỡng cực chứa cả pha lỏng và pha rắn có hình thái từ các hạt rời rạc đến các mạng
polymer liên tục. Trong trường hợp của keo , phần thể tích của các hạt (hoặc mật độ
hạt) có thể q thấp đến nỗi cần phải loại bỏ một lượng đáng kể chất lỏng ban đầu để
HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 11


SVTH :
MSSV :

GVHD:

nhận biết các đặc tính giống như gel. Điều này có thể được thực hiện bằng nhiều cách.
Phương pháp đơn giản nhất là cho phép thời gian lắng đọng xảy ra và sau đó đổ chất
lỏng cịn lại. Ly tâm cũng có thể được sử dụng để đẩy nhanh q trình tách pha.
Loại bỏ pha lỏng (dung mơi) cịn lại địi hỏi một q trình sấy khơ , thường được đi
kèm với một lượng đáng kể co rút và đầm nén. Tốc độ mà tại đó dung mơi có thể được
loại bỏ cuối cùng được xác định bởi sự phân bố độ xốp trong gel. Vi cấu trúc cuối cùng

của thành phần cuối cùng rõ ràng sẽ bị ảnh hưởng mạnh bởi các thay đổi được áp đặt
trên mẫu cấu trúc trong giai đoạn xử lý này.
Sau đó, xử lý nhiệt, hoặc quá trình nung , thường là cần thiết để ủng hộ
polycondensation hơn nữa và tăng cường tính chất cơ học và ổn định cấu trúc thơng
qua thiêu kết cuối cùng , đầm nén, và tăng trưởng hạt . Một trong những ưu điểm khác
biệt của việc sử dụng phương pháp này trái ngược với các kỹ thuật xử lý truyền thống
hơn là sự đầm nén thường đạt được ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Chất tiền thân sol có thể được lắng đọng trên bề mặt để tạo thành màng (ví dụ,
bằng lớp phủ nhúng hoặc lớp phủ spin ), được đúc thành một bình chứa thích hợp với
hình dạng mong muốn (ví dụ, để lấy gốm sứ , kính , sợi , màng , aerogel nguyên khối) ),
hoặc được sử dụng để tổng hợp bột (ví dụ, microspheres , nanospheres ).
Phương pháp sol – gel là kỹ thuật nhiệt độ thấp và rẻ, cho phép kiểm sốt tốt thành
phần hóa học của sản phẩm. Ngay cả một lượng nhỏ chất dopants, chẳng hạn như thuốc
nhuộm hữu cơvà các nguyên tố đất hiếm , có thể được giới thiệu trong sol và kết thúc
phân tán đồng đều trong sản phẩm cuối cùng. Nó có thể được sử dụng trong chế biến
gốm sứ và sản xuất như là một vật liệu đúc đầu tư , hoặc như một phương tiện sản xuất
các màng oxit kim loại rất mỏng cho các mục đích khác nhau. Vật liệu có nguồn gốc
Sol-gel có các ứng dụng đa dạng về quang học , điện tử , năng lượng , không gian ,
cảm biến (sinh học) , y học (ví dụ, phát hành thuốc có kiểm sốt ), vật liệu phản ứng
và tách (ví dụ, sắc ký)) Cơng nghệ.
1.4.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp Sol-Gel [2]
Bảng 1. Ưu hược điểm của phương pháp Sol-Gel
Ưu điểm

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Nhược điểm

Trang | 12


SVTH :
MSSV :

GVHD:

• Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để
mang đến sự dính chặt rất tốt giữa vật kim
loại và màng.
• Có thể tạo màng dày cung cấp cho q trình
chống sự ăn mịn.
• Có thể phun phủ lên các hình dạng phức
tạp. - Có thể sản xuất được những sản phảm
có độ tinh khiết cao. - Là phương pháp hiệu
quả, kinh tế, đơn giản để sản xuất màng có
chất lượng cao.
• Có thể tạo màng ở nhiệt độ bình thường

1.5.

• Sự liên kết trong màng
yếu.
• Độ chống mài mịn yếu.
• Rất khó để điều khiển độ
xốp.
• Dễ bị rạn nứt khi xử lí ở
nhiệt độ cao.
• Chi phí cao đối với

những vật liệu thơ.
• Hao hụt nhiều trong quá
trình tạo màng.

Ứng dụng tổng quát [8]

❖ Lớp phủ bảo vệ
Các ứng dụng cho các sản phẩm có nguồn gốc từ gel rất nhiều. Ví dụ, các nhà
khoa học đã sử dụng nó để sản xuất các vật liệu nhẹ nhất thế giới và cũng là một số
loại gốm cứng nhất . Một trong những khu vực ứng dụng lớn nhất là màng mỏng, có
thể được sản xuất trên một mảnh nền bằng lớp phủ spin hoặc lớp phủ nhúng. Lớp phủ
bảo vệ và trang trí, và các thành phần quang điện có thể được áp dụng cho thủy tinh,
kim loại và các loại chất nền khác với các phương pháp này. Đúc thành khuôn, và tiếp
tục sấy khô và xử lý nhiệt, các sản phẩm gốm hoặc thủy tinh dày đặc với các đặc tính
mới có thể được hình thành mà khơng thể tạo ra bằng bất kỳ phương pháp nào khác.
Các phương pháp phủ khác bao gồm phun,điện di , máy in phun [39] [40] in hoặc cuộn
phủ.
❖ Phim và sợi mỏng
Với độ nhớt của một sol điều chỉnh thành một phạm vi thích hợp, cả hai sợi gốm
quang học và chịu lửa có thể được rút ra được sử dụng cho các cảm biến sợi quang và
cách nhiệt, tương ứng. Vì vậy, nhiều vật liệu gốm, cả thủy tinh và tinh thể, đã được sử
dụng trong các hình thức khác nhau từ các thành phần trạng thái rắn khối lượng lớn
đến các dạng diện tích bề mặt cao như màng mỏng, lớp phủ và sợi.

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 13


SVTH :

MSSV :

GVHD:

❖ Dạng bột nano
Bột gốm siêu mịn và đồng nhất có thể được hình thành bằng cách kết tủa. Những
loại bột của các thành phần đơn và nhiều thành phần có thể được sản xuất trên một
kích thước hạt nano cho các ứng dụng nha khoa và y sinh . Bột tổng hợp đã được cấp
bằng sáng chế để sử dụng làm hóa chất nơng nghiệp và thuốc diệt cỏ . Bột mài mòn ,
được sử dụng trong một loạt các hoạt động hoàn thiện, được thực hiện bằng cách sử
dụng một quá trình loại sol-gel. Một trong những ứng dụng quan trọng hơn của chế
biến sol-gel là tiến hành tổng hợp zeolit . Các nguyên tố khác (kim loại, oxit kim loại)
có thể dễ dàng kết hợp vào sản phẩm cuối cùng và sol silicat được hình thành bằng
phương pháp này rất ổn định.
Một ứng dụng khác trong nghiên cứu là phân tích các phân tử sinh học cho cảm
giác ( cảm biến sinh học ) hoặc các mục đích xúc tác, bằng cách ngăn chặn chúng khỏi
bị rò rỉ và, trong trường hợp protein hoặc các phân tử nhỏ liên quan đến hóa học , bằng
cách che chắn chúng từ mơi trường bên ngồi. phân tử được theo dõi. Những bất lợi
chính là sự thay đổi trong mơi trường địa phương có thể làm thay đổi chức năng của
protein hoặc phân tử nhỏ bị bỏ qua và bước tổng hợp có thể làm hỏng protein. Để phá
vỡ điều này, các chiến lược khác nhau đã được khám phá, chẳng hạn như monome với
protein thân thiện để lại nhóm (ví dụ như glycerol ) và sự bao gồm của các polyme ổn
định protein (ví dụ PEG ).
Các sản phẩm khác chế tạo với quá trình này bao gồm màng gốm khác nhau cho
vi lọc , siêu lọc , lọc nano , pervaporation , và thẩm thấu ngược . Nếu chất lỏng trong
gel ướt được loại bỏ trong điều kiện siêu tới hạn thì thu được một vật liệu mật độ rất
xốp và cực kỳ thấp gọi là airgel. Làm khô gel bằng phương pháp xử lý nhiệt độ thấp
(25-100 ° C), có thể thu được các chất nền rắn xốp gọi là xerogel . Ngoài ra, một quá
trình sol-gel được phát triển vào những năm 1950 để sản xuất bột phóng xạ của UO 2
và ThO2 cho nhiên liệu hạt nhân , không tạo ra một lượng lớn bụi.

❖ Máy cơ khí quang học
Các thấu kính quang học và các thành phần quang học tích cực cũng như gương
nóng khu vực rộng lớn , gương lạnh , thấu kính và bộ tách chùm tia với hình học tối
ưu có thể được thực hiện nhanh chóng và với chi phí thấp thơng qua tuyến sol gel.
Trong chế biến vật liệu nano gốm hiệu suất cao với tính chất cơ học quang học cao

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 14


SVTH :
MSSV :

GVHD:

trong điều kiện bất lợi, kích thước của các hạt tinh thể được xác định chủ yếu bởi kích
thước của các hạt tinh thể có trong ngun liệu trong quá trình tổng hợp hoặc hình
thành của vật thể. Do đó, việc giảm kích thước hạt ban đầu thấp hơn bước sóng của
ánh sáng khả kiến (~ 500 nm) sẽ loại bỏ phần lớn ánh sáng tán xạ, dẫn đến vật liệu mờ
hoặc trong suốt .
Hơn nữa, kết quả chỉ ra rằng lỗ chân lông vi mô trong vật liệu nano gốm thiêu
kết, chủ yếu bị mắc kẹt tại các điểm nối của các hạt vi tinh thể, làm cho ánh sáng phân
tán và ngăn chặn sự trong suốt thực sự. nó đã được quan sát thấy rằng tổng số phần
khối lượng của các lỗ nano kích thước nano này (cả hai lỗ hổng trong và ngoài) phải
nhỏ hơn 1% đối với truyền dẫn quang chất lượng cao. IE Mật độ phải bằng 99,99%
mật độ tinh thể lý thuyết.
❖ Y học
Các tính chất độc đáo của sol – gel cung cấp khả năng sử dụng của chúng đối với
một loạt các ứng dụng y tế. Một alumina được xử lý sol-gel có thể được sử dụng như

một chất mang cho việc cung cấp thuốc bền vững và như một người chữa lành vết
thương đã được thiết lập. Một sự giảm đáng kể kích thước vết sẹo đã được quan sát vì
các hợp chất chữa lành vết thương bao gồm sol-gel alumina xử lý. Một phương pháp
mới để điều trị tan huyết khối là có thể bằng cách phát triển một gia đình mới của vật
liệu tổng hợp tiêm: plasminogen activator entrapped trong alumina.

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 15


SVTH :
MSSV :

GVHD:

CHƯƠNG II . MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔNG HỢP BẰNG SOL-GEL
2.1. Aerogel [1]
2.1.1. Tổng quan.[1]
Aerogel là một vật liệu siêu nhẹ và xốp, được tổng hợp bằng cách thay thế chất
lỏng trong gel bằng chất khí. Kết quả thu được là một chất rắn có mật độ cực thấp và độ
dẫn nhiệt thấp. Aerogel có thể được làm từ nhiều loại hợp chất hóa học.
Aerogel lần đầu tiên được Samuel Stephens Kistler tạo ra vào năm 1931, là kết quả
của một đặt cược với Charles Learned về việc ai có thể thay thế chất lỏng trong "thạch"
bằng chất khí mà khơng làm cho nó bị co rút lại.
Aerogel được sản xuất bằng cách tách thành phần chất lỏng ra khỏi gel thơng qua
q trình sấy khơ siêu tới hạng. Phương pháp này cho phép chất lỏng được làm khô từ
từ mà không làm sụp lưới chất rắn trong gel do hiện tượng mao dẫn.
Aerogel khơng có một vật chất được định danh với cơng thức hóa học cố định
nhưng thuật ngữ này được sử dụng cho nhóm tất cả các vật liệu có cấu trúc hình học

như đã biết.
❖ Phân loại [1]
▪ Aerogel cấu trúc nền Silica vô cơ
▪ Aerogel không chứa Silica vô cơ
▪ Aerogels tự nhiên và tổng hợp hữu cơ
▪ Aerogels composite
▪ Aerogels lai tạp
2.1.2. Ứng dụng [1]
❖ Năng lượng
▪ Cấu trúc vật liệu giàu năng lượng tổng hợp Sol-Gel (EMs)
Tổng quát tiến độ hiện tại trong việc ứng dụng aerogel và các dẫn xuất sol-gel khác
vật liệu EMs tóm tắt bằng ba cấu trúc nano năng lượng tổng hợp sol-gel chung được thể
hiện trong hình.

HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 16


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Hình 2. Sơ đồ của ba loại vật liệu hỗn hợp năng lượng cao sol-gel cấu trúc nano
giàn giáo oxy hóa [1]
A.sol – gel với pha nhiên liệu được tích hợp vào mạng xốp, hỗn hợp tạo ra chủ yếu
các sản phẩm pha rắn ở nhiệt độ cao khi phản ứng, có nguồn gốc từ kim loại xốp
B.sol – gelgiàn giáo nơi kim loại được đốt trong không khí để tạo ra năng lượng
của nó; giàn giáo nhiên liệu

C.sol – gel với vơ cơpha oxy hóa được tích hợp vào mạng nhiên liệu, hỗn hợp này
tạo ra các sản phẩm khí chủ yếu khi phản ứng
▪ Một vài vật liệu ứng dụng

Hình 3. Sự cháy của Aerogel sắt (III) oxit
trong vật liệu năng lượng nano composite
nhôm gây hiệu ứng nhiệt để tổng hợp các
chất cần nhiệt độ cao [1]

❖ Hóa học và vật lý.

Hình 4. Khối Arogel của một resorcinolformaldehyde / ammonium nitrate (3: 7
w / w) có khả năng cho các vật liệu năng
lượng để đúc và sấy khơ [1]
hình dạng được xác định rõ

▪ Aerogel làm chất nền cho hóa chất cảm biến.
Một bộ cảm biến là một thiết bị đáp ứng với một kích thích bên ngoài với một đáp
ứng đo được. Các cảm biến phản ứng hóa học bao gồm oxy và hơi nước (độ ẩm). Có
rất nhiều ứng dụng của hóa chất cảm biến, bao gồm giám sát các loại pha khí cho chất
lượng khơng khí và các ứng dụng an tồn, và đo pH hoặc nồng độ ion khác trong mẫu
nước.
Hóa chất lý tưởng sẽ phản ứng ngay lập tức với chất phân tích có liên quan, với
độ đặc hiệu và độ nhạy cao, có thể sử dụng được trên nhiều loại phân tích và được
lặp lại. Ngồi ra, thiết bị cảm biến lý tưởng sẽ không tốn kém để sản xuất, đơn giản
đến sử dụng, và cả hai có thể tái sử dụng và tái chế.
Có nhiều tài liệu đáng kể về việc sử dụng vật liệu sol-gel trong cảm biến hóa học

HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 17


SVTH :
MSSV :

GVHD:

các ứng dụng. Vật liệu Sol-gel hấp dẫn cho các ứng dụng cảm ứng do độ xốp của chúng
và mật độ tương đối thấp; ngoài ra, một số vật liệu sol-gel (silica nói riêng) có
các đặc tính quang học khiến chúng trở nên hữu ích trong các máy quang học.
Ba đầu dò nhạy cảm với oxy:
tris (2,2’-bipyridyl) ruthenium (II)
[Ru(bpy) 3]2+, tris-4,7-diphenyl1,10-phenanthroline rutheni (II)
[Ru (dpp) 3]+2 và Platinum (II)
octaethylporphine [PtOEP] trong
RSCE aerogels và trong xerogel

Hình 5. Các vật liệu sol-gel pha tạp PtOEP: xerogel,
RSCEaerogel, CSCEaerogel (trái sang phải).[1]

được điều chế từ cùng một hỗn hợp
tiền thân. Những vật liệu này có độ nhạy cao với oxy.
▪ Silica Aerogel Block cho nghiên cứu vật lý năng lượng cao
Trong nghiên cứu vật lý năng lượng cao, các khối khí silic trong suốt thường
được sử dụng vì chỉ số khúc xạ rất thấp của nó,tính kỵ nước của nó và độ bền cho độ
ẩm

Hình 6. Một giọt nước trên bề mặt của
một khối khơng khí silica kỵ nước [1]

Hình 7. Hydrophbic silica aerogel block đặc
tính truyền quang [1]

▪ Ninh kết Silica Aerogels cho tổng hợp thủy tinh: Ứng dụng cho xử lý chất thải
hạt nhân .
❖ Y sinh
▪ Aerogel đưọc sử dụng cho các thiết bị cấy ghép tim mạch
Bệnh tim mạch và biến chứng là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong dẫn tới nhu cầu
lớn về vật liệu sinh học phù hợp cho các thiết bị cấy ghép tim mạch.

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 18


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Nói chung, để một vật liệu sinh học có thể sử dụng được trong một hệ thống cơ
quan nhất định trongcơ thể con người,
vật liệu phải tương thích với hệ thống đó
trên tồn bộ thiết bị thời gian sử dụng
dịch vụ.
Đối với hệ thống tim mạch, điều
này bao gồm khả năng tương thích với
máu của bệnh nhân, đặc biệt là đối với
các đáp ứng miễn dịch và huyết khối /

huyết khối phản ứng và khả năng tương
thích với các mạch máu, nếu thiết bị tiếp
xúc với chúng.

Hình 8. hai van tim nguyên mẫu aerogel
monoleaflet. [1]

▪ Aerogels như chất nền mơ.
Các bình aerogel silic polyeste được tạo bọt (X-MP4-T045) tương thích với các tế
bào nội mơ, cho thấy chúng có thể được sử dụng như một giàn giáo cho kỹ thuật mô
mạch máu.
▪ Aerogels như hệ thống phân phối thuốc.
▪ Tương lai của Aerogel trong ứng dụng y sinh
Sự đóng góp này đã thảo luận một vài báo cáo đã điều tra các aerogel trong
bối cảnh sinh học. Một số công thức aerogel đã chứng minh khả năng tương thích tốt
với hệ thống tim mạch và những người khác đã có thể tạo ra sự hình thành apatit cho
tiềm năng tăng trưởng xương. Những người khác đã cung cấp bằng chứng cho thấy
protein có thể được nhúng vào trong aerogel mẫu và duy trì chức năng của chúng sau
khi loại bỏ protein. Tại thời điểm này, nhiều công việc hơn là cần thiết để xác định
cách aerogel có thể được áp dụng cho các hệ thống sinh học khác nhau, tuy nhiên,
với những cải tiến trong chế biến airgel cùng với sự hiểu biết tốt hơn của chúng ta về
vật liệu sinh học; người ta tin rằng việc sử dụng aerogel trong các ứng dụng sinh học
sẽ được đáng kể trong tương lai. Như đã thảo luận ở trên, có một liên kết trực tiếp cho
silica aerogel được sử dụng như một thiết bị cấy ghép tim mạch. Tiềm năng cho aerogel
như một mô giàn giáo kỹ thuật và hệ thống phân phối thuốc cũng được thảo luận. Cũng
có tiềm năng để thích ứng với aerogel được sử dụng làm bộ lọc trong các thiết bị ngoại

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 19

SVTH :
MSSV :

GVHD:

vi, do độ xốp cao, hành vi phi hành vi và khả năng được thực hiện chức năng. Mẫu
Aerogels có thể có khả năng được sử dụng làm chất thay thế nha khoa và có thể được
sử dụng làm thành phần trong nhiều hệ thống cấy ghép khác. Tuy nhiên, trước khi bước
đó được thực hiện, sự tương thích của mẫu airgel phải được xác nhận trong các điều
kiện liên quan đến ứng dụng.
❖ Hàng không và vũ trụ
-

Chụp hạt siêu tốc

-

Vật liệu cách nhiệt

-

Ngăn chứa chất lỏng đơng lạnh

Hình 9. Phi thuyền Stardust chứa thiết bị
chụp siêu tốc

Hình 10. Các mơ-đun thu thập SCIM đề
xuất chứa silica gel với mật độ 20 mg / cc

Hình 11. Rover 2003 thăm dò sao Hỏa trên bề mặt sao Hỏa sử dụng Aerogel
graphit cách nhiệt.

❖ Ngành công nghiệp kim loại
Khuôn đúc bằng cát với Resorcinol – Formaldehyde (RF) Aerogels làm chất kết
dính

Hình 12. Đúc hợp kim nhơm (AlSi7Mg0.6) đúc thành khuôn cát với lõi được làm từ cát liên kết
RF-airgel. Cốt lõi đã được loại bỏ bằng cách giải nhiệt tại 350 độ C
Cát liên kết RF-airgel với lượng chất kết dính cao hơn.

HĨA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 20


SVTH :
MSSV :

GVHD:

❖ Trong nghệ thuật
Thông qua việc mô phỏng và chế tác lại các đồ vật bằng vật liệu nhẹ silica-aerogel

Hình 13 . Một số hình ảnh về ứng dụng aerogel trong nghệ thuật

2.2.

Vật liệu Sol-Gel Nanocomposites

2.2.1. Tổng quan [6]
[6] Các nanocomposites Sol-gel đại diện cho một loại vật liệu sol-gel quan trọng
do lợi thế trong lộ trình chuẩn bị của họ để tạo nên sự đa dạng vô cơ bắt đầu từ tiền
chất phân tử. Điều này dẫn đến cơ hội pha trộn phân tử vô cơ và hữu cơ trên thang đo
chiều dài khả thi nhỏ nhất. Sức mạnh khả năng của q trình sol-gel, đó là điều kiện
phản ứng nhẹ, tốt kiểm soát cấu trúc và động học của quá trình, cũng như khả năng tận
dụng rộng rãi của các tiền chất khác nhau, cho phép có rất nhiều tài liệu và tính chất.
Đặc biệt, các chiến lược khác nhau cách pha trộn các thành phần vơ cơ và hữu cơ có
thể dẫn đến các vật liệu khác nhau được khám phá. Hơn nữa, chương giải thích cách
tách pha có thể được khắc phục nếu tiền chất và điều kiện phản ứng được điều chỉnh
đúng cách.
2.1.2. Ứng dụng [6]
❖ Sol-Gel thuốc và hệ thống phân phối gen
▪ Silica

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 21


SVTH :
MSSV :

GVHD:

Trong tất cả các hệ thống phân phối vô cơ, hệ thống dựa trên silica là hấp dẫn nhất
và phổ biến bởi vì cấu trúc vơ định hình giống như lồng duy nhất của chúng khiến cho
nó có thể họ trình bày các hình thức khác nhau với kích thước và hình thái khác nhau.
Hơn nữa, phản ứng sol-gel của các alkoxit silic như tetramethoxysilane (TMOS) và

tetraethoxysilane (TEOS) nhẹ hơn nhiều so với các alkoxit kim loại khác như ethoxit
titan, và do đó, nó có thể kiểm sốt tốt.
Bằng cách kiểm sốt hiệu quả các thơng số phản ứng bao gồm nhiệt độ phản ứng,
nồng độ thuốc thử và bổ sung các tác nhân điều khiển cấu trúc, các hệ thống phân phối
thuốc silic khác nhau có thu được ở dạng hạt và hạt rắn, mesoporous, và hạt rỗng hoặc
hạt có kích thước nanomet đến
milimet, cũng như sợi, NT, hoặc
nguyên khối. Chúng đã được sử
dụng để cung cấp các thành phần
sinh học chẳng hạn như DNA, các
yếu tố tăng trưởng và thuốc chống
ung thư.
Một tính năng quan trọng khác

Hình 14. Sơ đồ trình bày vi cấu trúc xốp và
hạt silica rỗng với sự khuếch tán của thuốc từ
các kênh xốp[6]

là các nhóm silanol (Si-OH) cũng
như liên kết siloxan (Si-O – Si) là biocompat-ible tốt và phản ứng với các tác nhân liên
kết silane khác với các nhóm chức năng để có thêm chức năng. Ví dụ, 3aminopropyltriethoxysilane (ATPES) có thể được sử dụng để sửa đổi các hạt silica với
các nhóm chức năng amino để tiếp tục sự kết hợp của DNA và enzyme
Các dạng silica được sử dụng:
-

Silica rắn

-

Silica xốp

-

Hạt Silica rỗng và xốp rỗng

-

Silica Xerogels và ống nano

▪ Titania
Titanium dioxide (TiO2) là một trong những vật liệu vô cơ được nghiên cứu rộng
rãi nhất: Trong số các đa hình, anatase và rutil là hai dạng cấu trúc chính được sử dụng
trong lĩnh vực y sinh học. Họ tìm thấy một số ứng dụng cho mỹ phẩm và sản phẩm

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 22


SVTH :
MSSV :

GVHD:

chăm sóc da bảo vệ da khỏi tác hại của ánh sáng tia cực tím, cũng như để kháng khuẩn
và khử mùi vật liệu với sự ổn định tốt và khả năng lâu dài.
▪ Apatite
Hydroxy apatit (HAp: Ca5 (PO4) 3OH) cho thấy khả năng tương thích sinh học cao
nhất khi nó nanosized hoặc một ít cân bằng hóa học với tỷ lệ Ca / P lệch từ 5/3 hoặc
với liên quan đến các ion ngoại như cacbonat và florua. Ngược lại, thiêu kết hoặc cơ

thể chết-nung là tương thích vừa phải mặc dù cấu trúc và vị trí com của nó giống hoặc
tương tự như của các thành phần vô cơ trong tự nhiên khúc xương. Hiện nay, một số
loại phốt phát canxi có sẵn trên thị trường, bao gồm HA hóa học cân bằng hoặc khơng
cân bằng và tricalcium phosphate (TCP). TCP, bất kể các đa hình có nhiệt độ thấp và
nhiệt độ cao, có khả năng sinh học tốt hơn so với HAp [98, 99] và các phosphat canxi
biphasic, hoặc hỗn hợp của TCP và HAp, được dùng để kiểm sốt sự thối hóa trong
cơ thể đối với việc sử dụng răng và chỉnh hình.
❖ Xương tái tạo Sol-Gel thay thế
▪ Thủy tinh polymer nanocomposite
Bioglass đại diện cho một nhóm lớn kính và có một tài sản chung của hoạt động
sinh học để giới thiệu lắng đọng apatit giống như xương trên bề mặt của chúng cho
hóa học liên kết với mơ xương khi cấy ghép trong các khuyết tật xương. Để cung cấp
thêm chức năng, ma trận và thủy tinh-gốm ma trận được kết hợp với tổng hợp và
các polyme tự nhiên như PLGA và polycaprolacrone (PCL). Chế tạo hạt nano thủy
tinh hoạt tính sinh học (nBGC; tỷ lệ nguyên tử Si: Ca: P: O = 43: 34: 6: 17 sau khi
phân tích tia X phân tán năng lượng) bắt nguồn từ Ca(NO3)2.4H2O, TEOS và (NH4)
2HPO4

qua quá trình sol-gel, pha trộn với chitosan và gelatin để có được giàn giáo

composite có lỗ chân lơng macro kích thước 150 * 300lm. Những giàn giáo này bị suy
thoái và sưng, tăng hấp phụ protein, gắn kết tế bào tốt và lan rộng, với sự gia tăng
trong nội dung nBGC. Do đó, họ tuyên bố rằng các nếp gấp nanocomposite được phát
triển là những ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng tái tạo xương phế nang.
Kính tổng hợp trong hệ thống CaO – P2O5 – SiO2 sử dụng TEOS, (C2H5) 3PO4,
và Ca (NO3) 2 4H2O làm nguyên liệu ban đầu và chế tạo giàn giáo compositecollagen-phosphatidylserine (BG – COL-PS) bằng xốp vĩ mô thông qua kỹ thuật đông
khô. Các giàn giáo đã kết nối các cấu trúc xốp với kích thước lỗ chân lơng của
severallm lên đến khoảng 300lm với * 75% trong độ xốp.

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 23


SVTH :
MSSV :

GVHD:

▪ Hỗn hợp polymer-ceramic
Một loại hạt gốm khác cũng được kết hợp với polyme, lấy lợi thế của thủ tục solgel hoặc dung dịch. Chế tạo xốp giàn giáo hydroxyapatite-gelatin với các lỗ chân lông
giống như kênh và cấu trúc vi mỏng thơng qua q trình đóng băng và sấy khơ. Họ
thấy rằng việc nén tính chất cơ học của giàn giáo cải thiện với việc bổ sung gelatin:
Cường độ tăng lên đến 5-6 lần, trong khi mô đun đàn hồi và biến dạng khoảng gấp
đôi. Hydroxyapatite phủ carboxymethyl chitosan giàn giáo đáng kể thúc đẩy các xương
sống và thân cây biệt hóa tế bào. Phát triển tái tạo xương có hướng dẫn màng bao gồm
các hợp chất b-tricalcium phosphate và poly (l-lactide-coglycolide-co-e-caprolactone)
và glutaraldehyde liên kết ngang hydroxyapatite collagen tự tổ chức nanocomposites
để tạo mô xương. Chế tạo giàn giáo composite HA / PCL xốp hoạt tính sinh học với
lớp phủ biomi-metic để kích thích tái tạo xương.
▪ Hỗn hợp Ca-P / Silica – Titania Sol-Gel
Một số nghiên cứu đã sử dụng phương pháp biocer dựa trên titania để tái tạo
xương.
Kỹ thuật nhúng để chế tạo titania /hydroxyapatite lớp phủ composite từ một sol có
chứa một hỗn hợp của titania các hạt keo và các hạt submicron hydroxyapatite.
Chế tạo vật liệu tổng hợp titania-wollastonite qua tuyến sol-gel, đánh giá
tính chất kháng khuẩn, hoạt tính sinh học trong ống nghiệm và tăng sinh tế bào, và tìm
thấy hình thành lớp apatit nhanh hơn.
Phát triển hydroxyapatite / titania (HA / TiO2) phủ trên hợp kim titan-zirconi
khơng độc (TiZr) để kích thích sự lắng đọng apatit giống xương.

So sánh titania (TiO2) kỹ thuật xương sợi titan của titania-silica (TiSi), và không
tráng (cpTi), và họ nhận thấy sự khác biệt đáng chú ý là lớp phủ sol-gel dẫn đến
tăng cường tiếp xúc xương ban đầu và phân phối mô xương, trong khi khơng tráng
cấy ghép cho thấy sự hình thành xương chủ yếu ở trung tâm của các giàn giáo.
❖ Ứng dụng thương mại của lớp phủ Nanocomposite Sol-Gel
Cơng nghệ nano hóa học và công nghệ sol-gel dẫn đến các lớp phủ công nghệ cao
liên kết tốt với các lớp khô chỉ dày vài micromet trên các chất nền khác nhau, chẳng

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 24


SVTH :
MSSV :

GVHD:

hạn như kim loại, thủy tinh, gốm và nhựa. Sản xuất vô cơ hữu cơ các giống lai của quá
trình sol-gel là cơ sở cho hầu hết các công nghệ nano vật liệu để bảo vệ bề mặt. Các
tính năng của loại vật liệu này bao gồm:
-

Chất kết dính rất tốt trên hợp kim thép và ánh sáng;

-

Trong suốt và sắc tố;

-

Các lớp mỏng (trong suốt 0,2–15lm, sắc tố 5–20lm);

-

Bảo vệ tuyệt vời chống ăn mòn;

-

Chịu được áp lực cơ học;

-

Chịu được các dung môi hữu cơ;

-

Chịu được nhiệt độ cao (hiện tại lên tới 700 C);

-

Hiệu ứng rào cản rất tốt chống lại các kim loại nặng, mùi hương và nhiều loại
khí khác nhau;

-

Thuốc chống thấm nước và dầu;

-

Khơng cần hồn thiện cromat trong bảo vệ chống ăn mịn;

-

Trong suốt hoặc sắc tố: có thể sử dụng nhiều loại màu khác nhau

bề mặt công nghệ nano.
❖ Các ứng dụng lớp phủ đặc biệt.

2.3.

-

Lớp phủ chống xước và mài mòn cho nhựa, kim loại, v.v.

-

Lớp phủ đa chức năng để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.

-

Lớp phủ chống gỉ cho bề mặt thép không gỉ.

-

Các bề mặt dễ lau chùi để bảo vệ thủy tinh, gốm sứ và kim loại.

-

Lớp phủ chống ẩm với các đặc tính chống nấm mốc.

-

Tự làm sạch bề mặt bằng phương tiện của TheLotus

-

Hiệu ứng quang học hoặc quang xúc tác (ứng dụng trong và ngoài).

-

Lớp phủ xúc tác để loại bỏ bồ hóng trên các chất nền khác nhau.
Cập nhật về vật liệu Sol-Gel mới
2.3.1. SrBix Lax Fe12−2x O19 (0.0 ≤ x ≤ 0.5) hexaferrit [5]

HÓA HỌC VẬT LIỆU TIÊN TIẾN (CH4313)

Trang | 25