twsw 09t3 wersja 2009
METODA ZOL-ŻEL (sol-gel)
Otrzymywanie tlenków metali i metaloidów oraz ich mieszanin (związków chemicznych), np. SiO2, TiO2, Al2O3, SnO2, TiO2-Fe2O3 i inne mono- i wieloskładnikowe, Zasada procesu:
1. Otrzymanie zolu - roztworu koloidalnego (z prekursora tlenku)
2. Przeprowadzenie zolu w żel, tj. polimer nieorganiczny nasycony wodą (rozpuszczalnikiem)
3. Kilkuetapowe usuwanie wody (rozpuszczalnika i wody) poprzez suszenie a następnie wygrzewanie w wysokiej temperaturze
Podstawowy proces chemiczny - hydroliza związków nieorganicznych odpowiedniego pierwiastka.
Etapy procesu:
1. Wytwarzanie roztworu koloidalnego (cząstki 1-100 nm)
Np. hydroliza alkoholowego roztworu związków typu Si(OR)4 (tetra alkoholan krzemu) przez dodatek wody (także kwasów)
2. Pokrywanie podłoży roztworem zolu w celu wytworzenia na nich warstw tlenku - różnymi sposobami;
- przez zanurzanie
- przez natryskiwanie
- przez nakroplenie i wirowanie
3. Żelowanie - polikondensacja
Proces samoistny, zainicjowany hydrolizą prekursora. Już podczas hydrolizy, po naniesieniu zolu a następnie w czasie suszenia powstaje stopniowo trójwymiarowa, bardzo nieregularna sieć polimeru nieorganicznego z wiązaniami -O-Si-O-;
Czas trwania tego procesu - od godzin do dni. Przebieg zależny od składu roztworu (prekursor, rozpuszczalnik, ilość dodanej wody) oraz temperatury.
Przebieg sieciowania obrazuje przykładowy schemat;
4. Suszenie - usuwanie rozpuszczalnika z porów żelu. Temperatura 80-100 , czas zależny od pożądanej grubości (godziny).
5. Odwadnianie i zagęszczanie
-usunięcie resztek grup OH z powierzchni polimeru
-zanik porów w wyniku końcowej kondensacji (struktura od amorficznej do drobnokrystalicznej)
Temperatura - np. ponad 1000 dla SiO2.
Czasowy przebieg wszystkich etapów przedstawia schemat;
Zastosowania metody zol-żel;
-warstwy dla optyki - odbijające lub pochłaniające promieniowanie, np. światłowody, ekrany, okulary anty-UV itp. (SiO2, TiO2) -warstwy dielektryczne i przewodzące (przezroczyste) mikroelektroniki (Al2O3, SnO2)
-warstwy antykorozyjne np. SiO2, ZrO2, Al2O3, TiO2)
-inne (ogniwa słoneczne, domieszkowanie półprzewodników).
BEZPRĄDOWE (CHEMICZNE, KATALITYCZNE,) OSADZANIE METALI
Podział elektrochemicznych metod osadzania przedstawia rysunek. Widoczne jest, że osadzanie bezprądowe z roztworów wodnych ma częściowo naturę elektrochemiczną (występowanie obszarów katodowych i anodowych). Podstawą procesu bezprądowego są reakcje redoks o mechanizmie chemiczno- elektrochemicznym, inicjowane katalitycznie;
(…)
….Elektrochemicznie - w warunkach pasywacji anodowej; kwas fosforowy, H2SO4 + CrO3 Warunki trawienia, polerowania elektrochemicznego - wyznacza się z analizy anodowych krzywych polaryzacji (podobnie, jak warunki korozji metali) Aktywacja (dekapowanie)
1.Cel - zdjęcie powierzchniowej, b. cienkiej warstwy tlenkowej na metalach -neutralizacja powierzchni po roztworach alkalicznych
2.Zwykle 5-10% roztw. HCl, H2SO4…
…. zwilżające
- zw. wyrównujące
- zw. wybłyszczające
- zw. przeciwnaprężeniowe
- zw. stopotwórcze
- inne specjalne (aktywatory anod, przeciwutleniacze itp.)
2. Dobór typu roztworu i soli metalu
- sole proste czy sole kompleksowe (odpowiednio do własności metali i możliwości kompleksowania)
- stężenie soli (dążenie do intensyfikacji a ekonomika strat roztworu)
- rodzaj anionu (rozpuszczalność, cena i in.)
Zw. kompleksujące; nieorganiczne - cyjanki, pirofosforany, hydroksykompleksy i amoniakalne
organiczne - hydroksykwasy, aminokwasy (cytrynowy, glicyna)
3. Związki buforujące i pH roztworu
- buforowanie - gdy zmienia się pH w procesie (wodór na katodzie, rzadziej tlen na anodzie)
- dolne i górne wartości pH w roztworach soli prostych; wydzielanie wodoru - wytrącanie się wodorotlenków
-roztwory kompleksowe…
… wymaga specjalnego przygotowania;
PODŁOŻE------------------>METALE CERAMIKA TW. SZTUCZNE
ODTŁUSZCZANIE------->rozp org rozp org rozp org
elektrolitycznie roztw. alkalii roztw. alkalii
z detergentami z detergentami
płukanie wodą------> TRAWIENIE---------------->HCl, H2SO4 roztw. HF roztw. CrO3 + H2SO4 płukanie wodą----> NEUTRALIZACJA--------> np. NaOH
płukanie wodą------> SENSYBILIZACJA------->SnCl2 +HCl…
… przygotowania podłoża metalicznego. Odtłuszczanie
1.Wstępne - płukanie, przecieranie rozpuszczalnikami org.
2.Podstawowe - w rozpuszczalnikach organicznych (odejście od zw. chloroorganicznych)
-przemywanie, zanurzanie
-natrysk w zamknietej komorze
-w parach rozpuszczalnika (ze skraplaniem)
3.Chemiczne Roztwory wodne NaOH + węglany + fosforany + detergenty, >50 oC
4.Elektrochemiczne
Roztwory wodne…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)