سل ژل را می توان متداولترین روش تولید نانو ذرات در فاز مایع دانست . دلیل این موضوع به سهولت روش ، عدم نیاز به تجهیزات ویژه و تنوع محصولات تولیدی بر می گردد به طور کلی ، سل عبارت است از مخلوطی کلوئیدی که ذرات جامد به صورت معلق در مایع قرار گرفته اند و ژل ساختار پیوسته واری از مولکول های بزرگ آلی – فلزی است که حالت الاستیک دارد . معمولا ژل محصول واکنش هیدرولیز سل است .
اولین گام در فرآیند سل ژل تشکیل یک محلول همگن می باشد . ساخت محلول همگن که از حل کردن پیش ساز های مناسب در یک حلال مناسب .
معمولا حلال مورد استفاده ، بخشی از ساختار نهایی ژل را تشکیل می دهد ، بنابراین انتخاب حلال بر روی خصوصیات محصول به ویژه سطح ویژه آن تاثیر می گذارد .
سل ژل
فرآیند آبکافت و شکل دهی ( تشکیل سل ) :
با استفاده از فرآیند تغلیظ یا افزایش ناگهانی PH ، فرآیند آب کافت و تراکم شدن ترکیبات آلوکسی فلزات آغاز می شود .
سرعت آب کافت و تراکم از جمله پارامتر های مهم دیگری است که خواص محصول نهایی را تحت تاثیر قرار می دهد با استفاده از آب کافت آهسته تر و کنترل شده تر ، ذراتی با اندازه کوچک تر تشکیل می شود .
سرعت آب کافت و تراکم به عوامل زیر بستگی دارد :
• الکترونگاتیوی اتم های فلزی
• گرد الکوکسی
• ساختار مولکولی الکوکسید فلزی
ژل شدن :
فرآیند آب کافت آلکوکسید به طور همزمان با فرآیند متراکم شدن همراه است . سرعت تراکم و مکانسیم آن با PH و نوع کاتالیزور تغییر می کند . معمولا سرعت آب کافت در PH های کم ، بالا است و این در حالی است که سرعت تراکم با افزایش PH افزایش می یابد .
واکنش متراکم شدن در PH کمتر از ۱٫۵ متوقف می شود و محصولات با زنجیره ی کوتاه تشکیل می شود . میزان آب در دسترس برای سنتیک فرآیند تراکم ، همانند آب کافت یک پارامتر مهم است .
عمل آوری :
این اصطلاح برای رشد پیوند ها ، بعد از نقطه ژل شدن به کار می رود . تغییرات ساختاری بعد از تشکیل ژل تمام نمی شود و پایداری تکمیلی ماتریس در طول دوره رشد اتفاق می افتد . در واقع در مرحله عمل آوری محیط واکنش این فرصت را پیدا می کند تا زنجیر های واکنش آب کافت را کامل کند . ممکن است این فرآیند بیش از یک هفته طول بکشد .
خشک کردن :
این مرحله به دلیل تغیرات بسیاری که در ساختار ژل رخ می دهد ، بسیار پیچیده است . مواد باقیمانده که به طور فیزیکی جذب ژل شده اند ، در مرحله خشک شدن برداشته می شوند . اما مواد زائدی که به صورت شیمیایی پیوند برقرار کرده اند ، در ساختار ژل باقی می مانند . فرآیند خشک کردن به چهار مرحله مجزا تقسیم می شود :
• مرحله با سرعت ثابت
• نقطه بحرانی
• اولین مرحله کاهش سرعت
• دومین مرحله کاهش سرعت
در هر یک از این مراحل ، ژلی با ویژگی های منحصر به فرد بدست می آید . هنگامی که خشک کردن در شرایط عادی انجام می گیرد ، شبکه ژل در اثر فشار موئینگی جمع می شود ، این محصول هیدروکسیدی به دست آمده زروژل نامیده می شود .
با استفاده از تغیرات متنوع در حلال و شرایط واکنش می توان ژل های مختلف با ویژگی ها و خصوصیات متنوع تهیه کرد . برخی از ژل های بدست آمده عبارتند از :
هیدروژل : ژل ها را عموما در محیط آبی تهیه می کنند اصطلاح به ژلی اطلاق می شود که که حفرات آن توسط آب پرشده اند .
هیدروژل
الکوژل : ژلی که حفرات آن توسط الکل پر شده باشد ژل هایی که از خشک کردن الکوژل بدست می آیند . دارای حفرات بیشتر است و شکستگی کمتری در ساختار در هنگام خشک کردن اتفاق می افتد .
زروژل : به ژل گفته می شود که تمام مایع داخل حفرات ژل خارج شده باشد . به گونه ای که ساختار کمی متراکم و فشرده تر شده باشد و چروکیدگی نسبت به وضعیت هیدروژل در آن مشهود است . در ضمن سطح ویژه آن کاهش یافته است .
آئروژل : در واقع نوعی ژل خشک شده است . بدین ترتیب که محلول داخل ژل خارج شده است به گونه ای که هیچ فشردگی یا تغییری در ساختار ژل ایجاد نشده است . این نوع ژل عموما بدین صورت تهیه می شود که ژل را تا دمای بحرانی حلال حرارت می دهند . بنابراین هیچ تصادفی بین مایع و بخار وجود ندارد و ژل با سطح ویژه بالا با حفظ ساختار در ساختار هیدروژل بدست می آید .
مزایا و معایب فرآیند :
مزیت اصلی فرآیند های حلالی – حرارتی و آبی – حرارتی به امکان جوانه زنی همگن ذرات در محلول بر می گردد که موجب حذف نیاز به مرحله تکلیس و در نتیجه دستیابی به محلولی با اندازه ذرات مشخص و خلوص بالا می شود ، سایر مزایای روش به قرار زیر است :
• تولید پودر های با درصد فاز کریستالی بیشتر
• کاهش میزان خوشه ای شدن ذرات
• توزیع یکنواخت اندازه ذرات
• دستیابی به ذرات با ذراتی با ابعاد ، موفولوژی و شکل مناسب و دلخواه در صورت انتخاب صحیح و دقیق مواد اولیه و کنترل شرایط تولید
• چگالی بالای ذرات
• همگن ترکیب شیمیایی
• و …
سل ژل
با وجود این موارد ، در این فرآیند محدودیت هایی هم وجود دارد :
• با وجود عوامل موثر و متعددی که نیاز به منترل دقیق دارند
• عدم توانایی تولید عناصر خالص فلزی
• طولانی بودن زمان فرآیند
• و …
منابع :بسپارپلیمر
