روش سل ژل

روش سل- ژل ( Sol-gel ) یک روش شیمیایی مرطوب ( رویکرد پایین به بالا) است که برای سنتز انواع نانوساختارها استفاده می شود. روش سل- ژل روش ارزانی است که به دلیل دمای پایین واکنش می توان با این روش نانو ذراتی با کیفیت بالا (تولید ذرات با اندازه یکسان) و با خلوص بالا تهیه کرد. این فرایند شامل یک سری واکنش های شیمیایی برگشت ناپذیر است که در نهایت منجر به تولید محصول نهایی می شود. در حقیقت این واکنش ها باعث تبدیل مولکول های محلول همگن اولیه به عنوان سل، به یک مولکول نامحدود، سنگین و سه بعدی پلیمری به عنوان ژل می شوند.

در ادامه واکنش هایی که فرایند سل ژل بر پایه آنها بنا شده است را مختصراً شرح می دهیم:
در این روش اولین مرحله شامل تهیه یک محلول همگن است. برای این کار حلال (آّب یا الکل) و پیش ماده را باهم حل می کنیم تا محلول همگن آماده شود، پیش ماده در واقع ماده ایست که قرار است در  طول فرایند محصول نهایی را شکل دهد، که معمولا شامل یون هایی از یک فلز یا آلکوکسیدهای فلزی می باشد.
حال پس از ساخت یک محلول همگن باید آن را به سل تبدیل کرد. در این مرحله واکنش هیدرولیز (تجزیه به وسیله آب) صورت می گیرد، در واقع بر اثر این واکنش آب مولکولی را شکسته و به مولکول های ساده تر تبدیل می کند. برای تشکیل سل کمی آب به محیط واکنش اضافه می کنند تا واکنش هیدرولیز صورت بگیرد و ذرات ریز در حلال پراکنده شوند و تشکیل مخلوط کلوئیدی می دهند که عبارتست از ذرات جامد پراکنده شده در فاز حلال که به علت کوچکی ذرات جامد، قادر است برای مدت بسیار طولانی پایدار بماند و ته نشین نشود.

مرحله بعدی تشکیل ژل می باشد برای این کار کافی است، محلول ساخته شده را به نوعی تحریک کرده، تا ذرات ریز پراکنده شده شروع به نوعی گردهمایی کنند، واکنش تراکم دقیقا عکس واکنش هیدرولیز است. در هیدرولیز مولکولی درشت با مصرف آب به اجزاء ساده تر تبدیل می شود، اما در تراکم دو مولکول ساده به هم می پیوندند و تشکیل یک مولکلول پیچیده تر را می دهند. بعد از این فرآیند، ژل مرطوب حاصل می شود حال باید به روشی حلال را از آن جدا کنیم تا ژل خشک شود و به محصول نهایی برسیم. اگر ماده را در محیط قرار دهیم تا خود به خود خشک شود (خشک کردن معمولی)، در این حالت، ماده حاصله زروژل نام می گیرد.

زروژل به ژلی گفته می شود که تمام مایع داخل حفرات ژل خارج شده است، به گونه ای که ساختار کمی متراکم تر و فشرده تر شده است ولی اگر در شرایط فوق بحرانی مایع موجود در یک ژل خارج شود ما به ساختار ماده ای متخلخل با چگالی اندک به نام آئروژل می رسیم. نوع خشک کردن بر خواص ژل تأثیر مستقیم دارد. در نتیجه نحوه خشک کردن بستگی مستقیم به نوع محصول و ویژگی های آن دارد.

مواد حاصل از روش سل ژل می تواند در کاربرد های اپتیک و الکترونیک، انرژی، روکش دهی سطوح، سنسورهای زیستی، دارویی و غیره به کار برده شود.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: رویا رحیمی زاده

تنظیم: مرجان سلیمانیان