proces zol- Żel - kchn.pg.gda.pl · podstawowe rodzaje żeli a. Żele nieorganiczne Żel ......
TRANSCRIPT
![Page 1: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/1.jpg)
PROCES ZOL- ŻEL
Chemia, struktura, aplikacje
Otrzymywanie usieciowanych materiałów nieorganicznych (i innych)
z prekursorów chemicznych.
Zalety:
- niska temperatura procesu
- szeroka gama produktów
- różnorodność finalnych struktur
![Page 2: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/2.jpg)
Proszki Włókna
Proceszol - żel
AerożeleCienkiewarstwy
![Page 3: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/3.jpg)
Etapy procesu zol-żel
Otrzymywanie zolu
Formowanie
Żelowanie
Synereza
Odmywanie
Suszenie
KserożelAerożel Kriożel
Zagęszczanie
Kalcynacja
Produkt finalny
Opcyjne
![Page 4: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/4.jpg)
1. Otrzymywanie zolu
Wytwarzanie dyspersji cząstek koloidalnych (zol) w procesie hydrolizy i poli-
kondensacji prekursorów ( alkoksylany metali lub metaloidów ) w roztworze
( alkohol + woda ).
![Page 5: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/5.jpg)
OH
OH
Si OHHO
OH
OH
Si OHHO+
OH
OH
Si OHO
OH
OH
Si OH + H2O
kondensacja
![Page 6: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/6.jpg)
Wielkość otrzymanych cząstek koloidalnych ( < 1 mikrometr ) zależy od stężenia
prekursora, temperatury, pH i katalizatora
![Page 7: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/8.jpg)
2. Formowanie (odlewanie ) Ze względu na niską lepkość zol musi być transferowany do wybranej formy
wykonanej z materiału uniemożliwiającego adhezję żelu
3. Żelowanie Generowanie trójwymiarowej struktury, wzrost lepkości i tworzenie elastycznego
ciała stałego w kształcie nadanym przez formę.
![Page 9: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/9.jpg)
4. Stabilizacja żelu (synereza).
Pozostawienie żelu w formie i jego dalsza strukturyzacja w wyniku dodatkowej
polikondensacji.
Efektem jest redukcja porowatości i zwiększenie wytrzymałości żelu.
Synereza może trwać od kilkunastu godzin do kilku dni.
5. Odmywanie
Usunięcie nadmiaru wyjściowego roztworu (alkohol + woda) przez inny
neutralny rozpuszczalnik.
![Page 10: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/10.jpg)
6. Suszenie
a.) odparowanie rozpuszczalnika w temp. 100 – 180oC i stabilizacja żelu przez
usunięcie grup –OH (termiczne lub chemiczne).
Produktem jest kserożel – powierzchnia właściwa > 400 m2/g, pory < 10 nm,
![Page 11: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/11.jpg)
b.) suszenie nadkrytyczne – usunięcie rozpuszczalnika powyżej punktu
krytycznego.
Produktem jest aerożel – objętość por do 98%, pow. właściwa > 1000 m2/g,
d < 0.08 g/cm3
c.) suszenie kriogeniczne – zamrażanie rozpuszczalnika i sublimacja w próżni.
Produkt – kriożel.
![Page 12: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/12.jpg)
7. Densyfikacja i wypalanie (kalcynacja).
W temp. 400 – 1200oC pory są eliminowane i powstaje zwarty materiał
( szkło, warstwa ceramiczna, włókno ).
Ideowy schemat procesu zol - żel
![Page 13: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/13.jpg)
Podstawowe rodzaje żeli
A. Żele nieorganiczne
Żel Prekursor
SiO2
TiO2
ZrO2
Al2O3
TiO2/SiO2
MgO/Al2O3/SiO2
Si(OMe)4 (TMOS) , Si(OEt)4 (TEOS)
Ti(OiPr)4 , [ Ti(OiPr)3 (acac) ]
Zr(OiPr)4
Al(OsBu)3
TMOS + Ti(OiPr)4
Mg(NO3)2 + Al(OsBu)3 + TEOS
![Page 14: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/14.jpg)
B. Żele hybrydowe nieorganiczno-organiczne
Podstawowa cecha – duży udział wiązań wodorowych (konkurencja z wiązaniami
kowalencyjnymi).
![Page 15: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/15.jpg)
Porównanie żelu nieorganicznego i hybrydowego
![Page 16: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/16.jpg)
Przykładowy hybrydowy żel o strukturze IPN (Interpenetrating Polymer Networks)
z dużym udziałem wiązań niekowalencyjnych.
![Page 17: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/17.jpg)
Hybrydowy żel IPN o wiązaniach kowalencyjnych
![Page 18: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/18.jpg)
Przykładowe monomery stosowane do otrzymywania kowalencyjnych
hybrydowych żeli o strukturze IPN.
![Page 19: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/19.jpg)
Przykładowe nieorganiczno-organiczne struktury hybrydowe (IPN) pozwalające
m.in. na inkorporację cząstek organicznych (enzym, barwnik), albo na modyfikację
(funkcjonalizację) materiału tlenkowego przez podstawniki organiczne.
![Page 20: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/20.jpg)
Formowanie nieorganiczno-organicznej sieci IPN przez jednoczesną
syntezę polimeru organicznego i proces zol-żel układu nieorganicznego.
![Page 21: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/21.jpg)
C. Żele organiczne
Przykładowy żel organiczny – otrzymywany w reakcji melaminy z formaldehydem.
Proces żelowania jest inicjowany przez zasadę a otrzymany żel ulega dodatkowemu
usieciowaniu i stabilizacji przez działanie rozcieńczonego kwasu.
Suszenie nadkrytyczne pozwala na otrzymanie aerożelu (pory < 50 nm).
![Page 22: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/22.jpg)
![Page 23: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/23.jpg)
Zastosowanie materiałów otrzymanych metodą zol – żel.
I. Cienkie warstwy
Generalna procedura:
- Nakładanie zolu na podłoże
- Żelowanie
- Suszenie
- Densyfikacja
- Kalcynacja
![Page 24: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/24.jpg)
Techniki nakładania
a.) metoda zanurzeniowa ( dip coating )
![Page 25: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/26.jpg)
Otrzymywanie warstwy borokrzemianu sodu na szkle
![Page 27: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/27.jpg)
b.) metoda natryskowa
c.) metoda rozlewowa ( flow-coating )
![Page 28: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/28.jpg)
Mikroskopowy obraz żelu nałożonego na płaskie podłoże.
![Page 29: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/29.jpg)
d.) nakładanie na wirującą powierzchnię ( spin coating ).
e.) sitodruk
![Page 30: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/30.jpg)
Aplikacje cienkich warstw
1. Warstwy antyrefleksyjne ( SiO2 + TiO2 )
2. Szkła optyczne ( powłoki ochronne na filtry optyczne, żarówki itd.. )
3. Warstwy kontrastujące dla ekranów TV ( absorpcja >570 nm )
4. Warstwy elektrochromowe ( np.. WO3 , MoO3 )
![Page 31: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/31.jpg)
5. Warstwy przewodzące prąd ( ITO, SnO2 , CeO2 )
6. Pokrycia ochronne na włóknach polimerowych
7. Warstwy hydrofobowe ( żel ZrO2 impregnowany perfluorosilanami,
fluorowane alkoksysilany jako prekursory )
8. Hydrofilowe pokrycia szyb samochodowych (zwilżalne i antymgielne, odporne
na zarysowania i UV ) – prekursory zol-żel : hydroksy- i amidokarboksy- pochodne
alkoksysilanów.
9. Pasty koloryzujące i grzewcze
10. Powłoki kolorowe – prekursorem jest zol z dyspersją kolorowych nanocząstek
metalu
11. Warstwy fotochromowe – fotochromowe barwniki organiczne zdyspergowane
żelach hybrydowych.
12. Kropki kwantowe – półprzewodniki nieorganiczne w matrycach żelowych
13. Bioimplanty z inkorporowanymi komórkami i tkankami – bioaktywne żele
hybrydowe nieorganiczno-organiczne
![Page 32: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/32.jpg)
14. Powłoki samooczyszczające – fotokatalityczny TiO2
![Page 33: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/33.jpg)
![Page 34: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/34.jpg)
II. Włókna
![Page 35: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/35.jpg)
III. Aerożele
Aerożel – stały materiał otrzymany przez zastąpienie fazy ciekłej żelu powietrzem
( z reguły metodą suszenia nadkrytycznego).
Postać użytkowa – monolit, granulat lub proszek
Generalna procedura otrzymywania:
- otrzymywanie zolu
- żelowanie
- synereza (stabilizacja)
- suszenie nadkrytyczne
Struktura aerożelu
![Page 36: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/36.jpg)
Właściwości i aplikacje aerożelu SiO2
Charakterystyka – wysokoporowaty, stały materiał o bardzo niskiej gęstości,
często określany jako „frozen smoke” lub „solid smoke”.
Otrzymywany w procesie zol-żel z prekursorów TMOS lub TEOS.
SEM obraz aerożelu SiO2
![Page 37: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/37.jpg)
Aerożel jest prawie transparentny – rozprasza światło niebieskie
![Page 38: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/38.jpg)
![Page 39: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/39.jpg)
Właściwości aerożelu SiO2
Właściwość Wartość
Gęstość
Powierzchnia właściwa
Porowatość (pory ok. 20 nm)
Współczynnik przewodnictwa cieplnego
Prędkość dźwięku
Stała dielektryczna
Współczynnik załamania światła
Odporność cieplna
0.0019 – 0.35 g/cm3 !!!
600 – 1000 m2/g
98%
0.01 – 0.02 W/mK !!!
100 – 300 m/s
ok..1.1
1.0 – 1.05
> 500oC
![Page 40: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/40.jpg)
Zastosowania
1. Materiał absorpcyjny
Aerożel SiO2 otrzymany z TMOS lub TEOS jest silnie higroskopijny (hydrofilowy).
Stosowany jako materiał absorpcyjny wymaga uprzedniej hydrofobizacji.
![Page 41: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/41.jpg)
Przykład chemicznej hydrofobizacji żelu
![Page 42: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/42.jpg)
Przykładowe zastosowania absorpcyjne
- oczyszczanie wód ściekowych
- magazynowanie wodoru
- działanie insektobójcze
- magazynowanie odpadów radioaktywnych ( np.. żel + roztwór Nd(NO)3 +
+ kalcynacja = szkło kompozytowe zaw. Nd2O3 )
- filtry
- materiały osuszające
- nośniki herbicydów i pestycydów
- magazynowanie paliw rakietowych
![Page 43: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/43.jpg)
2. Izolacja termiczna i akustyczna
Ekstremalnie mały współczynnik przewodnictwa cieplnego minimalizuje trzy
sposoby wymiany ciepła ( konwekcja, przewodnictwo, radiacja )
Przykłady
![Page 44: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/45.jpg)
![Page 46: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/46.jpg)
Płyta monolitowa z aerożelu SiO2 o grubości 5 mm.
![Page 47: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/47.jpg)
Bierne wykorzystanie energii słonecznej.
Warstwa aerożelu absorbuje promieniowanie IR (ciepło) z promieniowania słonecz-
nego i jest transparentna dla promieniowania UV. Jednocześnie ogranicza straty.
![Page 48: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/48.jpg)
Materiały izolacyjne tzw. „aerogel blanket” ( izolacja termiczna i akustyczna ).
Włóknina impregnowana żelem, suszenie nadkrytyczne i integracja obu materiałów.
Finalny materiał – 95% powietrza, formowalny o grub. 0.6 cm, fałdowalny – 0.3 cm.
Przew. cieplne izolacji : 0.011 – 0.013 W/mK.
Istota izolacji akustycznej – transfer energii fali dźwiękowej z fazy gazowej do fazy
stałej redukuje amplitudę i prędkość fali dźwiękowej.
Aplikacje: rurociągi, termosy, podłogi, komory silników, układy wydechowe.
![Page 49: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/49.jpg)
Tkaniny termoizolacyjne („Hydrospace”) – kompozyt włókien i aerożelu.
Cząstki aerożelu ~ 2.5 mmm, pory ~20 nm, d= 0.09 – 0.1 g/cm3
![Page 50: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/50.jpg)
3. Wyłapywanie i magazynowanie cząstek stałych
Projekt „STARDUST”
![Page 51: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/51.jpg)
4. Katalizatory
Próbki aerożelu interkalowane metalami
o właściwościach katalitycznych.
Metody wprowadzania metalu:
- wysycanie żelu roztworem soli np.Cu(NO3)2,
redukcja promieniowaniem gamma i
suszenie
- wysycanie aerożelu parami związku metalu
np..W(CO)6 (Chemical Vapor Infiltration),
następnie wygrzewanie i uwalnianie wolnego
metalu
Zastosowania: katalizatory spalin,
katalizatory przemysłowe
![Page 52: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/52.jpg)
5. Zastosowania konstrukcyjne
Otrzymywanie lekkich materiaów kompozytowych o dużej wytrzymałości
mechanicznej i właściwościach amortyzujących.
Przykład:
Rakieta tenisowa Dunlop Aerogel/M-FiL
Materiał – włókna węglowe (ew. borowe)
w matrycy aerożelowej + polimer reduku-
jący wibracje.
M-FiL – Multifilament Fiber
Waga – 275 g
![Page 53: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/53.jpg)
6. Zastosowania biomedyczne
Bioneutralny nośnik leków (granulat)
Wprowadzanie leku:
-chemiczne związanie podczas
procesu zol-żel
-rozpuszczenie leku w ciekłym CO2
i wprowadzenie do aerożelu podczas
suszenia
Uwalnianie leku:
- hydrofilowe: szybkie uwalnianie do
roztworu wodnego
-hydrofobowe: wolne uwalnianie przez
dyfuzję
![Page 54: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/54.jpg)
7. Zastosowania w optyce, elektronice i elektryczności
Izolacja elektroniki mikrofalowej, układów wysokonapięciowych, dielektryki w mikro-
elektronice, elektrody próżniowe i inne.
Przykład:
Licznik Czerenkowa:
Detektor szybkich naładowanych
cząstek rejestrujący światło emitowane
na skutek zjawiska Czerenkowa
towarzyszącego przelotowi cząstki.
Wymagany jest materiał o współczyn-
niku załamania światła < 1.03.
![Page 55: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/55.jpg)
Aerożele Al2O3 i mieszane tlenkowe.
Właściwości żelu Al2O3
a.) powierzchnia właściwa : 400 – 700 m2/g
b.) współcz. przewodnictwa cieplnego : 0.098 W/mK
c.) temp. skurczu : > 900oC
Zastosowania
a.) wysokotemperaturowe tygle
b.) izolacja termiczna ( dla temp.
wyższych niż aerożele SiO2 )
c.) materiały fluorescencyjne po
domieszkowaniu Gd lub Tb.
![Page 56: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/56.jpg)
Katalityczne aplikacje aerożeli tlenkowych mieszanych
Aerożel Zastosowania
Pt-TiO2
Al2O3/SiO2/ZnO
NiO/Al2O3
SiO2/TiO2
Fe2O3/Al2O3
V2O5/TiO2
Uwodornianie
Katalityczne alkilowanie
Uwodornianie ojeju sojowego
Fotokatalityczne utlenianie
Synteza Fischer-Tropscha
Selektywna redukcja NO
![Page 57: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/57.jpg)
Struktura czystego aerożelu Al2O3 i aerożelu otrzymanego w obecności TMOS.
Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe.
![Page 58: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/58.jpg)
Aerożele węglowe
![Page 59: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/59.jpg)
Właściwości aerożeli węglowych
- otrzymywane przez pirolizę aerożeli organicznych ( RF, MF, PAN, PU )
w temp. ~ 1000oC, atm. N2.
- porowatość > 50%
- pory < 100nm
- powierzchnia właściwa – 800 m2/g, wzrasta do 2200 m2/g po domieszko-
waniu atomami Ce lub Zr
- odbija tylko 0.3% promieniowania 250 – 14300 nm ( „ciało czarne”)
- duże przewodnictwo elektryczne
![Page 60: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/60.jpg)
Zastosowania
Odsalanie wody morskiej
![Page 61: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/61.jpg)
Dwuwarstwowy superkondensator
![Page 62: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/62.jpg)
Katalizator Pt na nośniku aerożelowym
![Page 63: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/63.jpg)
Otrzymywanie kompaktu elektrodowo-membranowego
do ogniw paliwowych typu PEMFC
![Page 64: PROCES ZOL- ŻEL - kchn.pg.gda.pl · Podstawowe rodzaje żeli A. Żele nieorganiczne Żel ... Aerożele otrzymano w procesie stabilizowanym przez ligandy dwukleszczowe. Aerożele](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021701/5c785cbc09d3f21d538cd0e6/html5/thumbnails/64.jpg)
Dziękuję
za uwagę