सॉल-जेल प्रक्रिया: Difference between revisions
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{{Short description|Method for producing solid materials from small molecules}} | {{Short description|Method for producing solid materials from small molecules}} | ||
[[जेल|सॉल-जेल]] प्रक्रिया एक विधि होती है जिसका उपयोग छोटे अणुओं से ठोस सामग्री का निर्माण करने के लिए किया जाता है। यह विधि मुख्य रूप से [[सिलिकॉन]] (Si) और [[टाइटेनियम]] (Ti) के ऑक्साइड्स, विशेष रूप से[[धातु ऑक्साइड]], के निर्माण के लिए प्रयोग की जाती है। इस प्रक्रिया में मोनोमर्स को कोलोइडल विलय (''[[ सोल (कोलॉइड) |(सोल)]]'' में परिवर्तित किया जाता है जो एक एकीकृत नेटवर्क (या जेल) के पूर्ववेत्ता के रूप में कार्य करता है, जिसमें विभिन कणों या नेटवर्क [[ पॉलीमर |पॉलीमर]] की होती है। साधारण पूर्ववेत्ताएं धातु [[धातु एल्कोक्साइड|एल्कोक्साइड]] होती हैं। सॉल-जेल प्रक्रिया का उपयोग [[सिरेमिक नैनोकण]] का निर्माण करने के लिए किया जाता है। | |||
== चरण == | == चरण == | ||
[[File:SolGelTechnologyStages.svg|thumb|सोल-जेल प्रौद्योगिकी के विभिन्न चरणों और मार्गों का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व]]इस रासायनिक प्रक्रिया में, एक | [[File:SolGelTechnologyStages.svg|thumb|सोल-जेल प्रौद्योगिकी के विभिन्न चरणों और मार्गों का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व करता है।]]इस रासायनिक प्रक्रिया में, एक "सॉल" (एक ([[कोलाइड]]ल विलय) बनाया जाता है जो पुनः से धीरे-धीरे एक जेल-जैसी डिफासिक प्रणाली का निर्माण करता है जिसमें एकत्रित अणुओं की एक [[ठोस]] अवस्था और [[तरल]] अवस्था दोनों होती हैं, जिनकी आकारिकी असतत कणों से लेकर निरंतर बहुलक नेटवर्क तक होती है। कोलॉइड के स्तिथि में, कणों का आयतन आंकड़ा (या कणों की घनत्वा) इतना न्यूनतम हो सकता है कि जेल-जैसी गुणवत्ता को पहचानने के लिए प्रारंभ में एक महत्वपूर्ण मात्रा का तरल निकालने की आवश्यकता हो सकती है। इसे कई विधियों से प्राप्त किया जा सकता है। सबसे सरल तरीका है संघटन के लिए समय देना और पुनः शेष तरल को निकाल देता है। [[केन्द्रापसारण]] भी विभाजन प्रक्रिया को तेजी से बढ़ाने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। | ||
शेष तरल (विलायक) चरण को हटाने के लिए एक सुखाने की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो सामान्यतः एक महत्वपूर्ण मात्रा में [[संकोचन (ढलाई)]] और घनत्व के सापेक्ष होती है। जिस दर पर विलायक को हटाया जा सकता है वह अंततः जेल में [[सरंध्रता]] के वितरण से निर्धारित होता है। प्रसंस्करण के इस चरण के दौरान संरचनात्मक टेम्पलेट पर लगाए गए परिवर्तनों से अंतिम घटक की अंतिम [[सूक्ष्म]] संरचना स्पष्ट रूप से प्रभावित | शेष तरल (विलायक) चरण को हटाने के लिए एक सुखाने की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो सामान्यतः एक महत्वपूर्ण मात्रा में [[संकोचन (ढलाई)|संकोचन]] और घनत्व के सापेक्ष होती है। जिस दर पर विलायक को हटाया जा सकता है वह अंततः जेल में [[सरंध्रता]] के वितरण से निर्धारित होता है। प्रसंस्करण के इस चरण के दौरान संरचनात्मक टेम्पलेट पर लगाए गए परिवर्तनों से अंतिम घटक की अंतिम [[सूक्ष्म]] संरचना स्पष्ट रूप से प्रभावित होती है। | ||
उपरांत में, | इसके उपरांत में, अक्सीकरण प्रक्रिया या तापीय इलाज का सामान्यतः उपयोग होता है क्योंकी आगे की पॉलीकोंडेंसेशन को बढ़ावा मिले और यांत्रिक गुणधर्मों और संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ावा मिले, अंतिम [[सिंटरिंग]] घनीकरण और अण्डविक विकास के माध्यम से होता है। इस प्रक्रिया का उपयोग करने का एक विशेष लाभ यह है कि घनीकरण सामान्यतः बहुत न्यूनतम तापमान पर होती है। | ||
पूर्वरूप सॉल या तरल रासायनिक योजना या उपाद पर अवलंबित हो सकता है क्योंकी एक फिल्म बनाई जा सके (उदाहरण के लिए, [[गहरा कोटिंग|डिप-कोटिंग]] या [[स्पिन कोटिंग]] द्वारा), या इच्छित आकार वाले एक उपयुक्त कंटेनर में मोलोथिक चीनी, ग्लास, रेशे, मेम्ब्रेन, ऐरोजेल्स) प्राप्त करने के लिए ढलाना (उदाहरण के लिए, माइक्रोस्फियर, नैनोस्फियर) उत्पन्न करने के लिए या उत्पादों में रेत का निर्माण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। सॉल-जेल दृष्टिकोण एक सस्ता और निम्न तापमान तकनीक है जो उत्पाद के रासायनिक संरचना को बेहतर नियंत्रित करने की अनुमति देती है। इसमें थोड़े मात्रा में डोपेंट्स, जैसे कि जैविक रंग और [[दुर्लभ-पृथ्वी तत्व]], सॉल में प्रवेश कराये जा सकते हैं और अंतिम उत्पाद में विस्तार से छात्र रूप से वितरित हो सकते हैं। इसे सिरामिक प्रसंस्करण और विनिर्माण में एक निवेशन पदार्थ के रूप में उपयोग किया जा सकता है, या विभिन्न उद्देश्यों के लिए [[ऑक्साइड|धातु ऑक्साइड]] की बहुत [[पतली फिल्म]] उत्पन्न करने का एक साधन के रूप में। सॉल-जेल उत्पादित सामग्री में आवश्यकताओं, [[प्रकाशिकी]], [[ इलेक्ट्रानिक्स ]], [[ऊर्जा]], [[अंतरिक्ष]],, (जैविक) [[सेंसर|संवेदक]], [[दवा]](जैसे, नियंत्रित दवा रिलीज),[[प्रतिक्रियाशील सामग्री]] और विभाजन (जैसे, [[क्रोमैटोग्राफी]]) प्रौद्योगिकी में विविध अनुप्रयोगों हैं। | |||
सॉल-जेल प्रसंस्करण में रुचि मध्य-1800 के दशक में [[टेट्राएथिल ओर्थोसिलिकेट]] (टीईओएस) की हाइड्रोलिसिस के पर्यावरणिक शर्तों के तहत SiO2 के रूप में फाइबर और मोनोलिथ्स के रूप में निर्माण होने की अवलोकन के साथ जोड़ी जा सकती है। सॉल-जेल अनुसंधान इतना महत्वपूर्ण हुआ कि 1990 के दशक में प्रकाशित कुल मिलाकर 35,000 से अधिक पत्र प्रकाशित किए गए थे।<ref name="CJ2">{{cite book |first=C. J. |last=Brinker |author2=G. W. Scherer |title=Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing |publisher=Academic Press |year=1990 |isbn=978-0-12-134970-7}}</ref><ref>{{cite journal | |||
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|doi=10.1021/cr00099a003}} | |doi=10.1021/cr00099a003}}</ref><ref>{{cite book |first=L. |last=Klein |title=Sol-Gel Optics: Processing and Applications |publisher=Springer Verlag |year=1994|url=https://books.google.com/books?id=wH11Y4UuJNQC|isbn=978-0-7923-9424-2}}</ref> | ||
</ref><ref>{{cite book |first=L. |last=Klein |title=Sol-Gel Optics: Processing and Applications |publisher=Springer Verlag |year=1994|url=https://books.google.com/books?id=wH11Y4UuJNQC|isbn=978-0-7923-9424-2}}</ref> | |||
== कण और पॉलिमर == | == कण और पॉलिमर == | ||
सॉल-जेल प्रक्रिया एक वेट-रसायनिक तकनीक होती है जिसका उपयोग कांचीय और सिरेमिक सामग्री के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में, सॉल (या समाधान) धीरे-धीरे एक जेल-जैसे नेटवर्क में रूपांतरित होता है जिसमें एकत्रित तरल अवस्था और ठोस अवस्था दोनों होती हैं। विशिष्ट पूर्व पदार्थ हैं जिसमे धातु एल्कोक्साइड्स और धातु क्लोराइड्स, जो हाइड्रोलिसिस और पॉलीकंडेंसेशन अभिक्रियाओं से गुजरते हैं ठोस चरण की मूल संरचना या आकृति विज्ञान असतत कोलाइडल कणों से लेकर निरंतर श्रृंखला-जैसे बहुलक नेटवर्क तक कहीं भी हो सकता है।<ref>Klein, L.C. and Garvey, G.J., "Kinetics of the Sol-Gel Transition" | |||
Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 38, p.45 (1980)</ref><ref>Brinker, C.J., ''et al.'', "Sol-Gel Transition in Simple Silicates", J. Non-Crystalline Solids, Vol.48, p.47 (1982)</ref> | Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 38, p.45 (1980)</ref><ref>Brinker, C.J., ''et al.'', "Sol-Gel Transition in Simple Silicates", J. Non-Crystalline Solids, Vol.48, p.47 (1982)</ref> | ||
दोनों | 'कोलॉइड' प्रमुख रूप से एक विस्तृत श्रेणी को वर्णित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसमें विभिन्न मात्राओं में विभिन ठोस (और/या तरल) कण होते हैं जो तरल माध्यम में विभिन्न गुणवत्ता में वितरित होते हैं। इस शब्द का उपयोग व्यक्तिगत कणों के आकार के संदर्भ में किया जाता है, जो परमाणु आयाम से बड़े होते हैं, परंतु ब्राउनियन गति को प्रदर्शित करने के लिए पर्याप्त छोटे होते हैं। यदि कण पर्याप्त बड़े हों, तो उनका सस्तावन और निचलावन के कार्यान्वयन में उनका गतिशील व्यवहार [[गुरुत्वाकर्षण]] और निचलावन के बलों द्वारा नियंत्रित होगा। परंतु यदि वे कोलॉइड के लिए पर्याप्त छोटे हों, तो उनकी सस्तावन में अनियमित गति को तरल माध्यम में थर्मली उत्तेजित अणुओं के एक असंगत धुम्रपान के सामूहिक बमबारी के द्वारा व्याख्या किया जा सकता है, जैसा कि [[अल्बर्ट आइंस्टीन]] ने अपने थीसिस में मूलतः वर्णित किया था। आइंस्टीन ने यह निर्णय लिया कि इस अनियमित व्यवहार को ब्राउनियन गति के सिद्धांत का प्रयोग करके पूरी तरह से वर्णन किया जा सकता है, जिसमें निचलावन एक संभावित दीर्घकालिक परिणाम होता है। इस महत्वपूर्ण आकार सीमा (या कण व्यास) की सामान्यतया घटियों का विस्तार [[एंगस्ट्रॉम]] (10<sup>-10</sup> मीटर)) से कुछ [[माइक्रोमीटर]] (10<sup>−6 मीटर) तक होता है।<sup><ref>Einstein, A., Ann. Phys., Vol. 19, p. 289 (1906), Vol. 34 p.591 (1911)</ref> | ||
*कुछ रासायनिक परिस्थितियों में (सामान्यतः आधार-उत्प्रेरित सॉल में), कण कोलाइड बनने के लिए पर्याप्त आकार तक बढ़ सकते हैं, जो अवसादन और गुरुत्वाकर्षण बल दोनों से प्रभावित होते हैं। इस तरह के उप-माइक्रोमीटर गोलाकार कणों के स्थिर निलंबन के परिणामस्वरूप अंततः उनकी स्व-असेंबली हो सकती है - प्रोटोटाइप कोलाइडल क्रिस्टल की याद दिलाने वाली उच्च क्रम वाली माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पाद देती है: जेसे प्रेशियस [[ ओपीएएल |ओपीएएल इत्यादि]] ।<ref name="A1">Allman III, R.M., ''Structural Variations in Colloidal Crystals'', M.S. Thesis, UCLA (1983)</ref><ref name="A2">Allman III, R.M. and Onoda, G.Y., Jr. (Unpublished work, IBM T.J. Watson Research Center, 1984)</ref> | |||
* कुछ रासायनिक स्थितियों के तहत (सामान्यतः एसिड-उत्प्रेरित तलवों में), इंटरपार्टिकल बलों में उनके विकास से पहले काफी एकत्रीकरण और/या [[flocculation|फ्लोकुलेशन]] उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ताकत होती है। न्यूनतम घनत्व वाले पॉलिमर के अधिक खुले निरंतर नेटवर्क का निर्माण 2 और 3 आयामों में उच्च प्रदर्शन वाले ग्लास और ग्लास/सिरेमिक घटकों के निर्माण में भौतिक गुणों के संबंध में कुछ लाभ प्रदर्शित करता है।<ref name="SAK">Sakka, S. ''et al.'', "The Sol-Gel Transition: Formation of Glass Fibers & Thin Films", J. Non-Crystalline Solids, Vol. 48, p.31 (1982)</ref> | |||
दोनों स्थितियो में (अलग-अलग कणों या निरंतर पॉलिमर नेटवर्क), सोल फिर एक अवायविक नेटवर्क की ओर विकसित होता है जो एक तरल चरण (जेल) के साथ आपूर्ति करता है। मेटल ऑक्साइड का निर्माण मेटल केंद्रों को ऑक्सो (एम-ओ-एम) या हाइड्रोक्सो (एम-ओ-एच-एम) सेतुओं से जोड़ने के माध्यम से होता है, इस प्रकार मेटल-ऑक्सो या मेटल-हाइड्रोक्सो पॉलिमर सोल्यूशन में उत्पन्न होते हैं। | |||
दोनों स्थितियो में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क), सुखाने की प्रक्रिया जेल से तरल चरण को हटाने के लिए कार्य करती है, जिससे एक माइक्रो-पोरस अनियमित ग्लास या माइक्रो-क्रिस्टलाइन सिरेमिक मिलता है। उसके उपरांत, यथासंभव पॉलिकंडेंसेशन को बढ़ावा देने और यांत्रिकीय गुणों को बढ़ाने के लिए आगे थर्मल ट्रीटमेंट (फायरिंग) किया जा सकता है। | |||
एक उचित | एक सॉल की घनत्व को उचित सीमा में समायोजित करके, ऑप्टिकल-गुणवत्ता वाले कांच के फाइबर और उत्क्रमी सिरेमिक फाइबर खींचे जा सकते हैं, जो किसी के लिए फाइबर ऑप्टिक सेंसर और [[थर्मल इन्सुलेशन]] के लिए उपयोग होते हैं। साथ ही, विभिन्न रासायनिक संयोजनों के समानुपातिक सिरेमिक पाउडर उत्पन्न किए जा सकते हैं जिन्हें प्रावर्धन कहा जाता है। | ||
== पोलीमराइज़ेशन == | == पोलीमराइज़ेशन == | ||
[[File:SolGelCartoonImproved2022.svg|thumb | [[File:SolGelCartoonImproved2022.svg|thumb| टीईओएस के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्रेरित संक्षेपण का सरलीकृत प्रतिनिधित्व करता है।]]स्टोबर प्रक्रिया एक प्रमुख उदाहरण है जो एक एल्कोक्साइड, विशेष रूप से टेओएस, के बहुलकीकरण का अध्ययन किया गया है। टेओएस के लिए रासायनिक सूत्र इस प्रकार से दिया जाता है: Si(OC2H5)4 या Si(OR)4, जहां [[एल्काइल]] समूह R = C2H5 होता है। [[एल्कॉक्साइड्स]] सॉल-जेल संश्लेषण के लिए आदर्श रासायनिक पूर्ववर्ती होते हैं क्योंकि वे पानी के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। प्रतिक्रिया को [[ हाइड्रॉकसिल | हाइड्रॉकसिल]] कहा जाता है, क्योंकि निम्नलिखित रूप में एक हाइड्रॉक्सिल आयन सिलिकॉन पर जुड़ जाता है:: | ||
: | |||
:Si(OR)<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O → HO−Si(OR)<sub>3</sub> + R−OH | |||
पानी और उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करके हाइड्रोलिसिस पूर्णता तक बढ़ सकती है और सिलिका का उत्पादन कर सकती है: | |||
:( | :Si(OR)<sub>4</sub> + 2 H<sub>2</sub>O → SiO<sub>2</sub> + 4 R−OH | ||
या | पूर्ण [[हाइड्रोलिसिस]] के लिए अक्सीजन की अधिकता और/या [[ एसीटिक अम्ल |एसीटिक अम्ल]] या [[हाइड्रोक्लोरिक एसिड]] जैसे हाइड्रोलिसिस उत्प्रेरक का उपयोग करना आवश्यक होता है। आंतरिक सदस्य जिनमें [(OR)<sub>2</sub>−Si−(OH)<sub>2</sub>] or [(OR)<sub>3</sub>−Si−(OH)] सम्मिलित हो सकते हैं, अंशक हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पाद हो सकते हैं। प्रारंभिक आंतरिक पदार्थ दो आंशित [[हाइड्रोलाइज्ड]] [[मोनोमर]] से होते हैं जो एक [[सिलोक्सेन]] [Si−O−Si] बंध के साथ जुड़े होते हैं: | ||
:(या)<sub>3</sub>−Si−OR + HO−Si−(OR)<sub>3</sub> → [( | :: (OR)<sub>3</sub>−Si−OH + HO−Si−(OR)<sub>3</sub> → [(OR)<sub>3</sub>Si−O−Si(OR)<sub>3</sub>] + H−O−H या | ||
:: (OR)<sub>3</sub>−Si−OR + HO−Si−(OR)<sub>3</sub> → [(OR)<sub>3</sub>Si−O−Si(OR)<sub>3</sub>] + R−OH | |||
इस प्रकार, [ | इस प्रकार, इस प्रक्रिया के साथ सिलॉक्सेन [Si−O−Si] बंधों के एक, दो या तीन-आयामी नेटवर्क के गठन के साथ बहुलकीकरण संबंधित होती है, जिसके साथ H−O−H और R−O−H प्रजातियाँ उत्पन्न होती हैं। | ||
परिभाषा के अनुसार, संघनन एक छोटे अणु को मुक्त करता है, जैसे पानी या अल्कोहल (रसायन)। इस प्रकार की प्रतिक्रिया पोलीमराइज़ेशन की प्रक्रिया द्वारा बड़े और बड़े सिलिकॉन युक्त अणुओं का निर्माण जारी रख सकती है। इस प्रकार, एक बहुलक सैकड़ों या हजारों इकाइयों से बना एक विशाल अणु (या [[ मैक्रो मोलेक्यूल ]]) है जिसे मोनोमर्स कहा जाता है। एक मोनोमर बनने वाले बांडों की संख्या को इसकी कार्यक्षमता कहा जाता है। उदाहरण के लिए, [[सिलिकॉन एल्कोक्साइड]] का पोलीमराइजेशन, बहुलक की जटिल शाखाओं (बहुलक रसायन) को जन्म दे सकता है, क्योंकि पूरी तरह से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर सी (ओएच)<sub>4</sub> टेट्राफंक्शनल है (4 | परिभाषा के अनुसार, संघनन एक छोटे अणु को मुक्त करता है, जैसे पानी या अल्कोहल (रसायन)। इस प्रकार की प्रतिक्रिया पोलीमराइज़ेशन की प्रक्रिया द्वारा बड़े और बड़े सिलिकॉन युक्त अणुओं का निर्माण जारी रख सकती है। इस प्रकार, एक बहुलक सैकड़ों या हजारों इकाइयों से बना एक विशाल अणु (या [[ मैक्रो मोलेक्यूल ]]) है जिसे मोनोमर्स कहा जाता है। एक मोनोमर बनने वाले बांडों की संख्या को इसकी कार्यक्षमता कहा जाता है। उदाहरण के लिए, [[सिलिकॉन एल्कोक्साइड]] का पोलीमराइजेशन, बहुलक की जटिल शाखाओं (बहुलक रसायन) को जन्म दे सकता है, क्योंकि पूरी तरह से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर सी (ओएच)<sub>4</sub> टेट्राफंक्शनल है (4 विभिन दिशाओं में शाखा या बंधन कर सकता है)। वैकल्पिक रूप से, कुछ शर्तों के तहत (जैसे, न्यूनतम पानी की सघनता) OR या OH समूहों (लिगैंड्स) के 4 से न्यूनतम संघनन में सक्षम होंगे, इसलिए अपेक्षाकृत न्यूनतम शाखाकरण होगा। हाइड्रोलिसिस और संक्षेपण के तंत्र, और कारक जो संरचना को रैखिक या शाखित संरचनाओं की ओर ले जाते हैं, सोल-जेल विज्ञान और प्रौद्योगिकी के सबसे महत्वपूर्ण मुद्दे हैं। यह प्रतिक्रिया बुनियादी और अम्लीय दोनों स्थितियों में अनुकूल है। | ||
== सोनो-ऑर्मोसिल == | == सोनो-ऑर्मोसिल == | ||
उल्लेखनीय है कि पॉलिमरों के संश्लेषण के लिए सोनिकेशन एक प्रभावी उपकरण है। केवलादी छिद्रण बलों के कारण, जो एक गैर-सांयोजक प्रक्रिया में श्रृंगारित करके और श्रृंखला को तोड़कर बनाते हैं, अवयवीय वजन और बहुवितरता में न्यूनतमी होती है। इसके अलावा, बहु-चरणीय प्रणालियाँ बहुत प्रभावी रूप से वितरित और एमल्सीफाइड होती हैं, जिससे बहुत ही छोटे मिश्रण प्रदान किए जाते हैं। इसका अर्थ यह है कि [[अल्ट्रासाउंड]] पारंपरिक सरगर्मी पर [[पॉलीमेराईजेशन]] की दर को बढ़ाता है और इसके परिणामस्वरूप न्यूनतम पॉलीडिस्पेरिटीज के सापेक्ष उच्च आणविक भार होता है। सोल-जेल प्रक्रिया के दौरान जेल-व्युत्पन्न [[सिलिका]] में [[silane|साइलेन]] मिलाने पर ऑर्मोसिल्स प्राप्त होते हैं। उत्पाद में सुधारित यांत्रिकी गुणों के साथ एक आणविक-माप संयोजक प्राप्त होता है। सोनो-ओर्मोसिल्स की तुलना में क्लासिक जेल की एक अधिक घनत्व और सुधारित थर्मल स्थिरता होती है। एक समाधान इसलिए हो सकता है कि आणविकीकरण के अधिक स्तर की वजन वृद्धि के कारण होटे है।।<ref>Rosa-Fox, N. de la; Pinero, M.; Esquivias, L. (2002): Organic-Inorganic Hybrid Materials from Sonogels. 2002.</ref> | |||
== पेचीनी प्रक्रिया == | == पेचीनी प्रक्रिया == | ||
SiO<sub>2</sub> और TiO<sub>2</sub> जैसे एकल कैटियन प्रणालियों के लिए हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण प्रक्रियाएं स्वाभाविक रूप से समानुपातिक संयोजन उत्पन्न करती हैं। [[स्ट्रोंटियम टाइटेनेट]], SrTiO<sub>2</sub> और अन्य पेरोव्स्काइट प्रणालियों जैसे एकाधिक कैटियनों की सिस्टम में, स्थैरिक संक्रमण की अवधारणा महत्वपूर्ण होती है। विभिन्न हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण दरों के परिणामस्वरूप दो कणियों के अधिकांश रासायनिक अयस्कों के गठन से बचने के लिए, एक पॉलिमर नेटवर्क में कैटियों को आवेदित करना एक प्रभावी दृष्टिकोण होता है, जिसे सामान्यतः पेचिनी प्रक्रिया कहा जाता है।<ref>{{cite book |last1=Nishio |first1=Keishi |last2=Tsuchiya|first2=Tsuchiya |editor-last=Sakka |editor-first=JSumio |title= हैंडबुक ऑफ सोल-जेल साइंस एंड टेक्नोलॉजी, प्रोसेसिंग कैरेक्टराइजेशन एंड एप्लीकेशन|publisher=Kluwer Academic | pages=59–66 |chapter=Chapter 3 Sol–Gel Processing of Thin Films with Metal Salts |isbn=9781402079696 |date=2004-12-17 }}</ref> इस प्रक्रिया में, एक [[chelating|केलेटिंग]] एजेंट अधिकांशतः सिट्रिक एसिड, का उपयोग किया जाता है क्योंकी जलीय कैटियों को घेर सकें और स्थैरिक रूप से प्रतिबंधित कर सकें। इसके उपरांत, एक पॉलिमर नेटवर्क बनाया जाता है क्योंकी गैल या रेज़िन में चेलेट किए गए कैटियों को अस्थायी कर सकें। इसे सबसे अधिक अधिष्ठापना [[इथाइलीन ग्लाइकॉल]] का उपयोग करके पॉली-एस्टेरीफिकेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। परिणामीस्वरूप बहुलक को तब कार्बनिक सामग्री को हटाने के लिए ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत दहन किया जाता है और सजातीय रूप से बिखरे हुए उद्धरणों के सापेक्ष एक उत्पाद ऑक्साइड प्राप्त होता है।<ref name= "pechini">{{cite journal |last1= Chen |first1= W. |display-authors=etal |title= Enhancement of Ce/Cr Codopant Solubility and Chemical Homogeneity in TiO2 Nanoparticles through Sol–Gel versus Pechini Syntheses |journal= Inorganic Chemistry |year=2018 |volume=57 |issue=12 |pages= 7279–7289 |doi= 10.1021/acs.inorgchem.8b00926 |pmid= 29863346 |arxiv= 2203.11507 |s2cid= 44149390 |url= https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02308352/file/chen%20at%20al%20authors%20version.pdf }}</ref> | SiO<sub>2</sub> और TiO<sub>2</sub> जैसे एकल कैटियन प्रणालियों के लिए हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण प्रक्रियाएं स्वाभाविक रूप से समानुपातिक संयोजन उत्पन्न करती हैं। [[स्ट्रोंटियम टाइटेनेट]], SrTiO<sub>2</sub> और अन्य पेरोव्स्काइट प्रणालियों जैसे एकाधिक कैटियनों की सिस्टम में, स्थैरिक संक्रमण की अवधारणा महत्वपूर्ण होती है। विभिन्न हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण दरों के परिणामस्वरूप दो कणियों के अधिकांश रासायनिक अयस्कों के गठन से बचने के लिए, एक पॉलिमर नेटवर्क में कैटियों को आवेदित करना एक प्रभावी दृष्टिकोण होता है, जिसे सामान्यतः पेचिनी प्रक्रिया कहा जाता है।<ref>{{cite book |last1=Nishio |first1=Keishi |last2=Tsuchiya|first2=Tsuchiya |editor-last=Sakka |editor-first=JSumio |title= हैंडबुक ऑफ सोल-जेल साइंस एंड टेक्नोलॉजी, प्रोसेसिंग कैरेक्टराइजेशन एंड एप्लीकेशन|publisher=Kluwer Academic | pages=59–66 |chapter=Chapter 3 Sol–Gel Processing of Thin Films with Metal Salts |isbn=9781402079696 |date=2004-12-17 }}</ref> इस प्रक्रिया में, एक [[chelating|केलेटिंग]] एजेंट अधिकांशतः सिट्रिक एसिड, का उपयोग किया जाता है क्योंकी जलीय कैटियों को घेर सकें और स्थैरिक रूप से प्रतिबंधित कर सकें। इसके उपरांत, एक पॉलिमर नेटवर्क बनाया जाता है क्योंकी गैल या रेज़िन में चेलेट किए गए कैटियों को अस्थायी कर सकें। इसे सबसे अधिक अधिष्ठापना [[इथाइलीन ग्लाइकॉल]] का उपयोग करके पॉली-एस्टेरीफिकेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। परिणामीस्वरूप बहुलक को तब कार्बनिक सामग्री को हटाने के लिए ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत दहन किया जाता है और सजातीय रूप से बिखरे हुए उद्धरणों के सापेक्ष एक उत्पाद ऑक्साइड प्राप्त होता है।<ref name= "pechini">{{cite journal |last1= Chen |first1= W. |display-authors=etal |title= Enhancement of Ce/Cr Codopant Solubility and Chemical Homogeneity in TiO2 Nanoparticles through Sol–Gel versus Pechini Syntheses |journal= Inorganic Chemistry |year=2018 |volume=57 |issue=12 |pages= 7279–7289 |doi= 10.1021/acs.inorgchem.8b00926 |pmid= 29863346 |arxiv= 2203.11507 |s2cid= 44149390 |url= https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02308352/file/chen%20at%20al%20authors%20version.pdf }}</ref> | ||
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गैर-समान सुखाने के संकोचन के परिणामस्वरूप विकसित होने वाले विभेदक तनाव सीधे उस दर से संबंधित होते हैं जिस पर [[विलायक]] को हटाया जा सकता है, और इस प्रकार सरंध्रता के वितरण पर अत्यधिक निर्भर होता है। इस तरह के तनाव समेकित निकायों में प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण से जुड़े हुए हैं,<ref>{{cite journal|author1=Franks, G. V. |author2=Lange, F. F. |name-list-style=amp |journal=J. Am. Ceram. Soc.|volume=79|pages=3161–3168|year=1996|doi=10.1111/j.1151-2916.1996.tb08091.x|title=संतृप्त, एल्यूमिना पाउडर कॉम्पैक्ट का प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण|issue=12}}</ref> और राहत न मिलने पर बिना जले हुए शरीर में दरार उत्पन्न कर सकता है। | गैर-समान सुखाने के संकोचन के परिणामस्वरूप विकसित होने वाले विभेदक तनाव सीधे उस दर से संबंधित होते हैं जिस पर [[विलायक]] को हटाया जा सकता है, और इस प्रकार सरंध्रता के वितरण पर अत्यधिक निर्भर होता है। इस तरह के तनाव समेकित निकायों में प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण से जुड़े हुए हैं,<ref>{{cite journal|author1=Franks, G. V. |author2=Lange, F. F. |name-list-style=amp |journal=J. Am. Ceram. Soc.|volume=79|pages=3161–3168|year=1996|doi=10.1111/j.1151-2916.1996.tb08091.x|title=संतृप्त, एल्यूमिना पाउडर कॉम्पैक्ट का प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण|issue=12}}</ref> और राहत न मिलने पर बिना जले हुए शरीर में दरार उत्पन्न कर सकता है। | ||
इसके अलावा, किलन के लिए तैयार किए जाने वाले संपक में जहां घनत्व में कोई भी परिवर्तन होता है, उन्नतीकरण प्रक्रिया के दौरान यह सामान्यतः बढ़ जाते हैं, जिससे विषम घनीकरण होता है। कुछ पोर्स और दृष्टिगत घनत्व के साथ जुड़े अन्य संरचनात्मक दोषों को दर्शाया गया है कि वे उन्नतीकरण प्रक्रिया में नकारात्मक भूमिका निभाते हैं, क्योंकि वे बढ़ जाते हैं और अंत-बिंदु घनत्व को सीमित करते हैं। विषम घनीकरण से उत्पन्न विभेदी तनावों के द्वारा उत्पन्न तनाव भी आंतरिक दरारों के प्रसार में होते हैं, जिससे यह मजबूती नियंत्रित करने वाली | इसके अलावा, किलन के लिए तैयार किए जाने वाले संपक में जहां घनत्व में कोई भी परिवर्तन होता है, उन्नतीकरण प्रक्रिया के दौरान यह सामान्यतः बढ़ जाते हैं, जिससे विषम घनीकरण होता है। कुछ पोर्स और दृष्टिगत घनत्व के साथ जुड़े अन्य संरचनात्मक दोषों को दर्शाया गया है कि वे उन्नतीकरण प्रक्रिया में नकारात्मक भूमिका निभाते हैं, क्योंकि वे बढ़ जाते हैं और अंत-बिंदु घनत्व को सीमित करते हैं। विषम घनीकरण से उत्पन्न विभेदी तनावों के द्वारा उत्पन्न तनाव भी आंतरिक दरारों के प्रसार में होते हैं, जिससे यह मजबूती नियंत्रित करने वाली न्यूनतमियों के रूप में सामरिकता लाता है।<ref>{{cite journal|author1=Evans, A. G. |author2=Davidge, R. W. |name-list-style=amp |journal=Phil. Mag.|volume=20|issue=164|pages=373–388|year=1969|doi=10.1080/14786436908228708|title=पूरी तरह से घने पॉलीक्रिस्टलाइन मैग्नीशियम ऑक्साइड की ताकत और फ्रैक्चर|bibcode=1969PMag...20..373E}}</ref><ref>{{cite journal | ||
|author1=Evans, A. G. |author2=Davidge, R. W. | |author1=Evans, A. G. |author2=Davidge, R. W. | ||
|title=Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide | |title=Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide | ||
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=== सुरक्षात्मक कोटिंग्स === | === सुरक्षात्मक कोटिंग्स === | ||
एक सबसे बड़े उपयोग क्षेत्र में पतली फिल्में होती हैं, जो कि स्पिन कोटिंग या डिप-कोटिंग द्वारा एक प्रतियां पर उत्पन्न की जा सकती हैं। सुरक्षा और सजावटी कोटिंग्स, और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक के घटक इन | एक सबसे बड़े उपयोग क्षेत्र में पतली फिल्में होती हैं, जो कि स्पिन कोटिंग या डिप-कोटिंग द्वारा एक प्रतियां पर उत्पन्न की जा सकती हैं। सुरक्षा और सजावटी कोटिंग्स, और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक के घटक इन विधियों का उपयोग करके कांच, धातु और अन्य प्रकार के प्रतियां पर लगाए जा सकते हैं। मोल्ड में डालकर, और अधिक सुखाने और उष्णीकरण के उपरांत, घन सिरेमिक या कांच के वस्त्र निर्मित किए जा सकते हैं जिनमें नवीन गुण होते हैं जो किसी अन्य तरीके द्वारा नहीं बनाए जा सकते है। अन्य कोटिंग विधियों में छिड़काव, [[वैद्युतकणसंचलन]], [[इंकजेट]] <ref>{{cite journal|last1=Yakovlev|first1=Aleksandr V.|title=इंटरफेरेंस नैनोस्ट्रक्चर द्वारा इंकजेट कलर प्रिंटिंग|journal=ACS Nano|date=22 March 2016|volume=10|issue=3|pages=3078–3086 |doi=10.1021/acsnano.5b06074|pmid=26805775}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Yakovlev|first1=Aleksandr V.|title=सोल-जेल असिस्टेड इंकजेट होलोग्राम पैटर्निंग|journal=Advanced Functional Materials|date=December 2015|volume=25|issue=47|pages=7375–7380|doi=10.1002/adfm.201503483|s2cid=138778285 }}</ref> प्रिंटिंग, या रोल कोटिंग सम्मिलित होते है। | ||
=== पतली फिल्म और फाइबर === | === पतली फिल्म और फाइबर === | ||
एक उचित सीमा में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के सापेक्ष और [[आग रोक सिरेमिक|रेफ्रैक्टरी सिरेमिक फाइबर]] फाइबर दोनों खींचे जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार, बल्क ठोस अवस्था के घटकों से लेकर पतली फिल्में, कोटिंग्स और फाइबर्स जैसे ऊचे सतह क्षेत्रीय रूपों में, ग्लासीय और ज्यामिति सिरेमिक सामग्री का उपयोग किया जा रहा है। <ref name=SAK/><ref>Patel, P.J., ''et al.'', (2000) "Transparent ceramics for armor and EM window applications", Proc. SPIE, Vol. 4102, p. 1, '''Inorganic Optical Materials II''', Marker, A.J. and Arthurs, E.G., Eds.</ref> इसके अलावा, पतली फिल्में इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र में अपना उपयोग मिल रहा है<ref>{{Cite journal|last1=Gorobtsov|first1=Philipp Yu.|last2=Fisenko|first2=Nikita A.|last3=Solovey|first3=Valentin R.|last4=Simonenko|first4=Nikolay P.|last5=Simonenko|first5=Elizaveta P.|last6=Volkov|first6=Ivan A.|last7=Sevastyanov|first7=Vladimir G.|last8=Kuznetsov|first8=Nikolay T.|date=July 2021|title=Microstructure and local electrophysical properties of sol-gel derived (In2O3-10%SnO2)/V2O5 films|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2215038221000923|journal=Colloid and Interface Science Communications|language=en|volume=43|pages=100452|doi=10.1016/j.colcom.2021.100452|s2cid=237762446 }}</ref> और प्रतिरोधी गैस सेंसर के संवेदनशील घटकों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Mokrushin|first1=Artem S.|last2=Fisenko|first2=Nikita A.|last3=Gorobtsov|first3=Philipp Yu|last4=Simonenko|first4=Tatiana L.|last5=Glumov|first5=Oleg V.|last6=Melnikova|first6=Natalia A.|last7=Simonenko|first7=Nikolay P.|last8=Bukunov|first8=Kirill A.|last9=Simonenko|first9=Elizaveta P.|last10=Sevastyanov|first10=Vladimir G.|last11=Kuznetsov|first11=Nikolay T.|date=January 2021|title=प्रतिरोधी गैस सेंसर के अत्यधिक सीओ संवेदनशील घटक के रूप में आईटीओ पतली फिल्म का पेन प्लॉटर प्रिंटिंग|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0039914020307463|journal=Talanta|language=en|volume=221|pages=121455|doi=10.1016/j.talanta.2020.121455|pmid=33076078 |s2cid=224811369 }}</ref> | एक उचित सीमा में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के सापेक्ष और [[आग रोक सिरेमिक|रेफ्रैक्टरी सिरेमिक फाइबर]] फाइबर दोनों खींचे जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार, बल्क ठोस अवस्था के घटकों से लेकर पतली फिल्में, कोटिंग्स और फाइबर्स जैसे ऊचे सतह क्षेत्रीय रूपों में, ग्लासीय और ज्यामिति सिरेमिक सामग्री का उपयोग किया जा रहा है। <ref name=SAK/><ref>Patel, P.J., ''et al.'', (2000) "Transparent ceramics for armor and EM window applications", Proc. SPIE, Vol. 4102, p. 1, '''Inorganic Optical Materials II''', Marker, A.J. and Arthurs, E.G., Eds.</ref> इसके अलावा, पतली फिल्में इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र में अपना उपयोग मिल रहा है<ref>{{Cite journal|last1=Gorobtsov|first1=Philipp Yu.|last2=Fisenko|first2=Nikita A.|last3=Solovey|first3=Valentin R.|last4=Simonenko|first4=Nikolay P.|last5=Simonenko|first5=Elizaveta P.|last6=Volkov|first6=Ivan A.|last7=Sevastyanov|first7=Vladimir G.|last8=Kuznetsov|first8=Nikolay T.|date=July 2021|title=Microstructure and local electrophysical properties of sol-gel derived (In2O3-10%SnO2)/V2O5 films|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2215038221000923|journal=Colloid and Interface Science Communications|language=en|volume=43|pages=100452|doi=10.1016/j.colcom.2021.100452|s2cid=237762446 }}</ref> और प्रतिरोधी गैस सेंसर के संवेदनशील घटकों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Mokrushin|first1=Artem S.|last2=Fisenko|first2=Nikita A.|last3=Gorobtsov|first3=Philipp Yu|last4=Simonenko|first4=Tatiana L.|last5=Glumov|first5=Oleg V.|last6=Melnikova|first6=Natalia A.|last7=Simonenko|first7=Nikolay P.|last8=Bukunov|first8=Kirill A.|last9=Simonenko|first9=Elizaveta P.|last10=Sevastyanov|first10=Vladimir G.|last11=Kuznetsov|first11=Nikolay T.|date=January 2021|title=प्रतिरोधी गैस सेंसर के अत्यधिक सीओ संवेदनशील घटक के रूप में आईटीओ पतली फिल्म का पेन प्लॉटर प्रिंटिंग|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0039914020307463|journal=Talanta|language=en|volume=221|pages=121455|doi=10.1016/j.talanta.2020.121455|pmid=33076078 |s2cid=224811369 }}</ref> | ||
=== नैनोस्केल पाउडर === | === नैनोस्केल पाउडर === | ||
अल्ट्रा-फाइन और एकसमान सिरेमिक पाउडर वर्षा द्वारा बनाया जा सकता है। दंत चिकित्सा, [[ जैव चिकित्सा ]], [[ कृषि रसायनों ]] या [[कटैलिसीस]] अनुप्रयोगों के लिए नैनोस्केल कण आकार में एकल और एकाधिक घटक रचनाओं के इन पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। सॉल-जेल प्रक्रिया का उपयोग करके पाउडर घर्षणकर्मों में उपयोग होने वाले चुष्ट पाउडर बनाए जाते हैं। सोल-जेल प्रसंस्करण के अधिक महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक [[ज़ीइलाइट]] संश्लेषण करना है। अन्य तत्वों (धातु, धातु आक्साइड) को अंतिम उत्पाद में आसानी से सम्मिलित किया जा सकता है और इस विधि द्वारा बनाई गई सिलिकेट सोल बहुत स्थिर है।अधोप्रारंभित संश्लेषण के दौरान, थर्मल इलाज के बिना उपयोग के लिए उपयुक्त सेमी-स्थायी धातु संयोजनों का उपयोग सब-2 नैनोमीटर के अधीन ऑक्साइड कणों का निर्माण करने के लिए किया जा सकता है।आधार-प्रेरित संश्लेषण के दौरान, हाइड्रोक्सो (एम-ओएच) बंधों को हाइड्रोक्सो क्षेत्र के स्थान पर ऑक्सो (एम-ओ-एम) का उपयोग किया जा सकता है, जबकि ऐसा एक लिगंड जो हाइड्रोक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत हो और ऑक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को संभव बनाने के लिए पर्याप्त | अल्ट्रा-फाइन और एकसमान सिरेमिक पाउडर वर्षा द्वारा बनाया जा सकता है। दंत चिकित्सा, [[ जैव चिकित्सा ]], [[ कृषि रसायनों ]] या [[कटैलिसीस]] अनुप्रयोगों के लिए नैनोस्केल कण आकार में एकल और एकाधिक घटक रचनाओं के इन पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। सॉल-जेल प्रक्रिया का उपयोग करके पाउडर घर्षणकर्मों में उपयोग होने वाले चुष्ट पाउडर बनाए जाते हैं। सोल-जेल प्रसंस्करण के अधिक महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक [[ज़ीइलाइट]] संश्लेषण करना है। अन्य तत्वों (धातु, धातु आक्साइड) को अंतिम उत्पाद में आसानी से सम्मिलित किया जा सकता है और इस विधि द्वारा बनाई गई सिलिकेट सोल बहुत स्थिर है।अधोप्रारंभित संश्लेषण के दौरान, थर्मल इलाज के बिना उपयोग के लिए उपयुक्त सेमी-स्थायी धातु संयोजनों का उपयोग सब-2 नैनोमीटर के अधीन ऑक्साइड कणों का निर्माण करने के लिए किया जा सकता है।आधार-प्रेरित संश्लेषण के दौरान, हाइड्रोक्सो (एम-ओएच) बंधों को हाइड्रोक्सो क्षेत्र के स्थान पर ऑक्सो (एम-ओ-एम) का उपयोग किया जा सकता है, जबकि ऐसा एक लिगंड जो हाइड्रोक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत हो और ऑक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को संभव बनाने के लिए पर्याप्त न्यूनतमजोर हो उपयोग किया जा सकता है।<ref>Curran, Christopher D., et al. "Ambient temperature aqueous synthesis of ultrasmall copper doped ceria nanocrystals for the water gas shift and carbon monoxide oxidation reactions." Journal of Materials Chemistry A 6.1 (2018): 244-255.</ref> | ||
=== बायोमेडिकल === | === बायोमेडिकल === | ||
इस अनुसंधान में एक और उपयोग है [[बायोमोलिक्यूल]] को संवेदनशील ([[बायोसेंसर]]) या कैटलिटिक उद्देश्यों के लिए बंद करना, उन्हें भौतिक रूप से या रासायनिक रूप से बाहर लीचिंग से रोकना और [[प्रोटीन]] या रासायनिक जुड़े छोटे घटकों के स्तिथि में, उन्हें बाहरी पर्यावरण से छिपाना, यद्यपि छोटे घटकों की निगरानी संभव होनी चाहिए। प्रमुख हानि यह है कि स्थानीय वातावरण में परिवर्तन प्रोटीन या छोटे अणु की कार्यक्षमता को परिवर्तित कर सकता है और संश्लेषण कदम प्रोटीन को हानि पहुंचा सकता है। इसे दरकिनार करने के लिए, विभिन्न रणनीतियों का पता लगाया गया है, जैसे कि प्रोटीन के अनुकूल छोड़ने वाले समूहों (जैसे [[ग्लिसरॉल]]) के सापेक्ष मोनोमर्स और प्रोटीन को स्थिर करने वाले पॉलिमर (जैसे [[पॉलीथीन ग्लाइकॉल]]) को सम्मिलित करना चाहिए।<ref>{{cite journal|title=Entrapment of biomolecules in sol-gel matrix for applications in biosensors: problems and future prospects|author=Gupta R, Chaudhury NK|journal=Biosens Bioelectron|year=2007|volume=22|issue=11|pages=2387–99|doi=10.1016/j.bios.2006.12.025|pmid=17291744|last2=Chaudhury}}</ref> | इस अनुसंधान में एक और उपयोग है [[बायोमोलिक्यूल]] को संवेदनशील ([[बायोसेंसर]]) या कैटलिटिक उद्देश्यों के लिए बंद करना, उन्हें भौतिक रूप से या रासायनिक रूप से बाहर लीचिंग से रोकना और [[प्रोटीन]] या रासायनिक जुड़े छोटे घटकों के स्तिथि में, उन्हें बाहरी पर्यावरण से छिपाना, यद्यपि छोटे घटकों की निगरानी संभव होनी चाहिए। प्रमुख हानि यह है कि स्थानीय वातावरण में परिवर्तन प्रोटीन या छोटे अणु की कार्यक्षमता को परिवर्तित कर सकता है और संश्लेषण कदम प्रोटीन को हानि पहुंचा सकता है। इसे दरकिनार करने के लिए, विभिन्न रणनीतियों का पता लगाया गया है, जैसे कि प्रोटीन के अनुकूल छोड़ने वाले समूहों (जैसे [[ग्लिसरॉल]]) के सापेक्ष मोनोमर्स और प्रोटीन को स्थिर करने वाले पॉलिमर (जैसे [[पॉलीथीन ग्लाइकॉल]]) को सम्मिलित करना चाहिए।<ref>{{cite journal|title=Entrapment of biomolecules in sol-gel matrix for applications in biosensors: problems and future prospects|author=Gupta R, Chaudhury NK|journal=Biosens Bioelectron|year=2007|volume=22|issue=11|pages=2387–99|doi=10.1016/j.bios.2006.12.025|pmid=17291744|last2=Chaudhury}}</ref> | ||
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इस प्रक्रिया से निर्मित अन्य उत्पादों में [[माइक्रोफिल्ट्रेशन]], [[अल्ट्राफिल्ट्रेशन]], [[ नैनोफिल्टरेशन | नैनोफिल्टरेशन]] , [[परवापोरेशन]] और [[विपरीत परासरण]] के लिए विभिन्न सिरेमिक मेम्ब्रेन सम्मिलित होते हैं। यदि एक गीले जेल में तरल को एक [[महत्वपूर्ण बिंदु (रसायन विज्ञान)|सुपर-क्रिटिकल]] स्थिति के तहत हटा दिया जाता है, तो एक अत्यंत छिद्र और बहुत न्यूनतम घनत्व वाला सामग्री जिसे ऐरोजेल कहा जाता है प्राप्त होता है। न्यूनतम तापमान वाली प्रक्रियाओं(25-100 डिग्री सेल्सियस) के माध्यम से जेल को सुखाकर, झरझरा ठोस मेट्रिसेस प्राप्त करना संभव होता है । इसके अलावा, एक सॉल-जेल प्रक्रिया का विकास 1950 के दशक में किया गया था [[परमाणु ईंधन]] के UO<sub>2</sub> और ThO<sub>2</sub> के [[रेडियोधर्मी|रेडियोएक्टिव]] पाउडर्स के उत्पादन के लिए, बड़ी मात्रा में धूल के उत्पादन के बिना नही हो सकती हैं। | इस प्रक्रिया से निर्मित अन्य उत्पादों में [[माइक्रोफिल्ट्रेशन]], [[अल्ट्राफिल्ट्रेशन]], [[ नैनोफिल्टरेशन | नैनोफिल्टरेशन]] , [[परवापोरेशन]] और [[विपरीत परासरण]] के लिए विभिन्न सिरेमिक मेम्ब्रेन सम्मिलित होते हैं। यदि एक गीले जेल में तरल को एक [[महत्वपूर्ण बिंदु (रसायन विज्ञान)|सुपर-क्रिटिकल]] स्थिति के तहत हटा दिया जाता है, तो एक अत्यंत छिद्र और बहुत न्यूनतम घनत्व वाला सामग्री जिसे ऐरोजेल कहा जाता है प्राप्त होता है। न्यूनतम तापमान वाली प्रक्रियाओं(25-100 डिग्री सेल्सियस) के माध्यम से जेल को सुखाकर, झरझरा ठोस मेट्रिसेस प्राप्त करना संभव होता है । इसके अलावा, एक सॉल-जेल प्रक्रिया का विकास 1950 के दशक में किया गया था [[परमाणु ईंधन]] के UO<sub>2</sub> और ThO<sub>2</sub> के [[रेडियोधर्मी|रेडियोएक्टिव]] पाउडर्स के उत्पादन के लिए, बड़ी मात्रा में धूल के उत्पादन के बिना नही हो सकती हैं। | ||
=== ऑप्टो- | === ऑप्टो-यांत्रिकी === | ||
सॉल-जेल मार्ग के माध्यम से माक्रोस्कोपिक [[ऑप्टिकल]] तत्व और सक्रिय ऑप्टिकल घटकों के साथ-साथ बड़े क्षेत्र वाले [[गर्म दर्पण]], ठंडे दर्पण, [[ लेंस (प्रकाशिकी) |लेंस]] , और [[ बीम फाड़नेवाला |बीम स्प्लिटर]] आदि उपयुक्त ज्यामिति के अन्दर तत्व तेजी से और न्यूनतम लागत में बनाए जा सकते हैं। उच्च प्रदर्शन के सिरामिक नैनोसामग्री की प्रसंस्करण में विपरीत परिस्थितियों के तहत उत्कृष्ट ऑप्टो-यांत्रिक गुणधर्मों के अन्दर, स्पर्शीकरण के आकार का बड़ा हिस्सा विकिरणित खनिजी अनुभागों के आकार पर आधारित होता है जो सामग्री के निर्माण के दौरान सिंथेसिस या निर्माण के समय उपस्थित खनिजी कणों के आकार पर निर्भर करता है। इस प्रकार, प्रकाश के बहुत सारे विकिरण को न्यूनतम करने के लिए प्राथमिक कण का आकार दृश्यी प्रकाश के तत्व में से (~500 नैनोमीटर) दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्य के नीचे की जगह का कटाव करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक [[पारदर्शी सामग्री|पारदर्शी]] या दृश्यी पदार्थ बनता है। | सॉल-जेल मार्ग के माध्यम से माक्रोस्कोपिक [[ऑप्टिकल]] तत्व और सक्रिय ऑप्टिकल घटकों के साथ-साथ बड़े क्षेत्र वाले [[गर्म दर्पण]], ठंडे दर्पण, [[ लेंस (प्रकाशिकी) |लेंस]] , और [[ बीम फाड़नेवाला |बीम स्प्लिटर]] आदि उपयुक्त ज्यामिति के अन्दर तत्व तेजी से और न्यूनतम लागत में बनाए जा सकते हैं। उच्च प्रदर्शन के सिरामिक नैनोसामग्री की प्रसंस्करण में विपरीत परिस्थितियों के तहत उत्कृष्ट ऑप्टो-यांत्रिक गुणधर्मों के अन्दर, स्पर्शीकरण के आकार का बड़ा हिस्सा विकिरणित खनिजी अनुभागों के आकार पर आधारित होता है जो सामग्री के निर्माण के दौरान सिंथेसिस या निर्माण के समय उपस्थित खनिजी कणों के आकार पर निर्भर करता है। इस प्रकार, प्रकाश के बहुत सारे विकिरण को न्यूनतम करने के लिए प्राथमिक कण का आकार दृश्यी प्रकाश के तत्व में से (~500 नैनोमीटर) दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्य के नीचे की जगह का कटाव करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक [[पारदर्शी सामग्री|पारदर्शी]] या दृश्यी पदार्थ बनता है। | ||
Revision as of 01:53, 15 June 2023
सॉल-जेल प्रक्रिया एक विधि होती है जिसका उपयोग छोटे अणुओं से ठोस सामग्री का निर्माण करने के लिए किया जाता है। यह विधि मुख्य रूप से सिलिकॉन (Si) और टाइटेनियम (Ti) के ऑक्साइड्स, विशेष रूप सेधातु ऑक्साइड, के निर्माण के लिए प्रयोग की जाती है। इस प्रक्रिया में मोनोमर्स को कोलोइडल विलय ((सोल) में परिवर्तित किया जाता है जो एक एकीकृत नेटवर्क (या जेल) के पूर्ववेत्ता के रूप में कार्य करता है, जिसमें विभिन कणों या नेटवर्क पॉलीमर की होती है। साधारण पूर्ववेत्ताएं धातु एल्कोक्साइड होती हैं। सॉल-जेल प्रक्रिया का उपयोग सिरेमिक नैनोकण का निर्माण करने के लिए किया जाता है।
चरण
इस रासायनिक प्रक्रिया में, एक "सॉल" (एक (कोलाइडल विलय) बनाया जाता है जो पुनः से धीरे-धीरे एक जेल-जैसी डिफासिक प्रणाली का निर्माण करता है जिसमें एकत्रित अणुओं की एक ठोस अवस्था और तरल अवस्था दोनों होती हैं, जिनकी आकारिकी असतत कणों से लेकर निरंतर बहुलक नेटवर्क तक होती है। कोलॉइड के स्तिथि में, कणों का आयतन आंकड़ा (या कणों की घनत्वा) इतना न्यूनतम हो सकता है कि जेल-जैसी गुणवत्ता को पहचानने के लिए प्रारंभ में एक महत्वपूर्ण मात्रा का तरल निकालने की आवश्यकता हो सकती है। इसे कई विधियों से प्राप्त किया जा सकता है। सबसे सरल तरीका है संघटन के लिए समय देना और पुनः शेष तरल को निकाल देता है। केन्द्रापसारण भी विभाजन प्रक्रिया को तेजी से बढ़ाने के लिए प्रयोग किया जा सकता है।
शेष तरल (विलायक) चरण को हटाने के लिए एक सुखाने की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो सामान्यतः एक महत्वपूर्ण मात्रा में संकोचन और घनत्व के सापेक्ष होती है। जिस दर पर विलायक को हटाया जा सकता है वह अंततः जेल में सरंध्रता के वितरण से निर्धारित होता है। प्रसंस्करण के इस चरण के दौरान संरचनात्मक टेम्पलेट पर लगाए गए परिवर्तनों से अंतिम घटक की अंतिम सूक्ष्म संरचना स्पष्ट रूप से प्रभावित होती है।
इसके उपरांत में, अक्सीकरण प्रक्रिया या तापीय इलाज का सामान्यतः उपयोग होता है क्योंकी आगे की पॉलीकोंडेंसेशन को बढ़ावा मिले और यांत्रिक गुणधर्मों और संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ावा मिले, अंतिम सिंटरिंग घनीकरण और अण्डविक विकास के माध्यम से होता है। इस प्रक्रिया का उपयोग करने का एक विशेष लाभ यह है कि घनीकरण सामान्यतः बहुत न्यूनतम तापमान पर होती है।
पूर्वरूप सॉल या तरल रासायनिक योजना या उपाद पर अवलंबित हो सकता है क्योंकी एक फिल्म बनाई जा सके (उदाहरण के लिए, डिप-कोटिंग या स्पिन कोटिंग द्वारा), या इच्छित आकार वाले एक उपयुक्त कंटेनर में मोलोथिक चीनी, ग्लास, रेशे, मेम्ब्रेन, ऐरोजेल्स) प्राप्त करने के लिए ढलाना (उदाहरण के लिए, माइक्रोस्फियर, नैनोस्फियर) उत्पन्न करने के लिए या उत्पादों में रेत का निर्माण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। सॉल-जेल दृष्टिकोण एक सस्ता और निम्न तापमान तकनीक है जो उत्पाद के रासायनिक संरचना को बेहतर नियंत्रित करने की अनुमति देती है। इसमें थोड़े मात्रा में डोपेंट्स, जैसे कि जैविक रंग और दुर्लभ-पृथ्वी तत्व, सॉल में प्रवेश कराये जा सकते हैं और अंतिम उत्पाद में विस्तार से छात्र रूप से वितरित हो सकते हैं। इसे सिरामिक प्रसंस्करण और विनिर्माण में एक निवेशन पदार्थ के रूप में उपयोग किया जा सकता है, या विभिन्न उद्देश्यों के लिए धातु ऑक्साइड की बहुत पतली फिल्म उत्पन्न करने का एक साधन के रूप में। सॉल-जेल उत्पादित सामग्री में आवश्यकताओं, प्रकाशिकी, इलेक्ट्रानिक्स , ऊर्जा, अंतरिक्ष,, (जैविक) संवेदक, दवा(जैसे, नियंत्रित दवा रिलीज),प्रतिक्रियाशील सामग्री और विभाजन (जैसे, क्रोमैटोग्राफी) प्रौद्योगिकी में विविध अनुप्रयोगों हैं।
सॉल-जेल प्रसंस्करण में रुचि मध्य-1800 के दशक में टेट्राएथिल ओर्थोसिलिकेट (टीईओएस) की हाइड्रोलिसिस के पर्यावरणिक शर्तों के तहत SiO2 के रूप में फाइबर और मोनोलिथ्स के रूप में निर्माण होने की अवलोकन के साथ जोड़ी जा सकती है। सॉल-जेल अनुसंधान इतना महत्वपूर्ण हुआ कि 1990 के दशक में प्रकाशित कुल मिलाकर 35,000 से अधिक पत्र प्रकाशित किए गए थे।[1][2][3]
कण और पॉलिमर
सॉल-जेल प्रक्रिया एक वेट-रसायनिक तकनीक होती है जिसका उपयोग कांचीय और सिरेमिक सामग्री के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में, सॉल (या समाधान) धीरे-धीरे एक जेल-जैसे नेटवर्क में रूपांतरित होता है जिसमें एकत्रित तरल अवस्था और ठोस अवस्था दोनों होती हैं। विशिष्ट पूर्व पदार्थ हैं जिसमे धातु एल्कोक्साइड्स और धातु क्लोराइड्स, जो हाइड्रोलिसिस और पॉलीकंडेंसेशन अभिक्रियाओं से गुजरते हैं ठोस चरण की मूल संरचना या आकृति विज्ञान असतत कोलाइडल कणों से लेकर निरंतर श्रृंखला-जैसे बहुलक नेटवर्क तक कहीं भी हो सकता है।[4][5]
'कोलॉइड' प्रमुख रूप से एक विस्तृत श्रेणी को वर्णित करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसमें विभिन्न मात्राओं में विभिन ठोस (और/या तरल) कण होते हैं जो तरल माध्यम में विभिन्न गुणवत्ता में वितरित होते हैं। इस शब्द का उपयोग व्यक्तिगत कणों के आकार के संदर्भ में किया जाता है, जो परमाणु आयाम से बड़े होते हैं, परंतु ब्राउनियन गति को प्रदर्शित करने के लिए पर्याप्त छोटे होते हैं। यदि कण पर्याप्त बड़े हों, तो उनका सस्तावन और निचलावन के कार्यान्वयन में उनका गतिशील व्यवहार गुरुत्वाकर्षण और निचलावन के बलों द्वारा नियंत्रित होगा। परंतु यदि वे कोलॉइड के लिए पर्याप्त छोटे हों, तो उनकी सस्तावन में अनियमित गति को तरल माध्यम में थर्मली उत्तेजित अणुओं के एक असंगत धुम्रपान के सामूहिक बमबारी के द्वारा व्याख्या किया जा सकता है, जैसा कि अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने थीसिस में मूलतः वर्णित किया था। आइंस्टीन ने यह निर्णय लिया कि इस अनियमित व्यवहार को ब्राउनियन गति के सिद्धांत का प्रयोग करके पूरी तरह से वर्णन किया जा सकता है, जिसमें निचलावन एक संभावित दीर्घकालिक परिणाम होता है। इस महत्वपूर्ण आकार सीमा (या कण व्यास) की सामान्यतया घटियों का विस्तार एंगस्ट्रॉम (10-10 मीटर)) से कुछ माइक्रोमीटर (10−6 मीटर) तक होता है।[6]
- कुछ रासायनिक परिस्थितियों में (सामान्यतः आधार-उत्प्रेरित सॉल में), कण कोलाइड बनने के लिए पर्याप्त आकार तक बढ़ सकते हैं, जो अवसादन और गुरुत्वाकर्षण बल दोनों से प्रभावित होते हैं। इस तरह के उप-माइक्रोमीटर गोलाकार कणों के स्थिर निलंबन के परिणामस्वरूप अंततः उनकी स्व-असेंबली हो सकती है - प्रोटोटाइप कोलाइडल क्रिस्टल की याद दिलाने वाली उच्च क्रम वाली माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पाद देती है: जेसे प्रेशियस ओपीएएल इत्यादि ।[7][8]
- कुछ रासायनिक स्थितियों के तहत (सामान्यतः एसिड-उत्प्रेरित तलवों में), इंटरपार्टिकल बलों में उनके विकास से पहले काफी एकत्रीकरण और/या फ्लोकुलेशन उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ताकत होती है। न्यूनतम घनत्व वाले पॉलिमर के अधिक खुले निरंतर नेटवर्क का निर्माण 2 और 3 आयामों में उच्च प्रदर्शन वाले ग्लास और ग्लास/सिरेमिक घटकों के निर्माण में भौतिक गुणों के संबंध में कुछ लाभ प्रदर्शित करता है।[9]
दोनों स्थितियो में (अलग-अलग कणों या निरंतर पॉलिमर नेटवर्क), सोल फिर एक अवायविक नेटवर्क की ओर विकसित होता है जो एक तरल चरण (जेल) के साथ आपूर्ति करता है। मेटल ऑक्साइड का निर्माण मेटल केंद्रों को ऑक्सो (एम-ओ-एम) या हाइड्रोक्सो (एम-ओ-एच-एम) सेतुओं से जोड़ने के माध्यम से होता है, इस प्रकार मेटल-ऑक्सो या मेटल-हाइड्रोक्सो पॉलिमर सोल्यूशन में उत्पन्न होते हैं।
दोनों स्थितियो में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क), सुखाने की प्रक्रिया जेल से तरल चरण को हटाने के लिए कार्य करती है, जिससे एक माइक्रो-पोरस अनियमित ग्लास या माइक्रो-क्रिस्टलाइन सिरेमिक मिलता है। उसके उपरांत, यथासंभव पॉलिकंडेंसेशन को बढ़ावा देने और यांत्रिकीय गुणों को बढ़ाने के लिए आगे थर्मल ट्रीटमेंट (फायरिंग) किया जा सकता है।
एक सॉल की घनत्व को उचित सीमा में समायोजित करके, ऑप्टिकल-गुणवत्ता वाले कांच के फाइबर और उत्क्रमी सिरेमिक फाइबर खींचे जा सकते हैं, जो किसी के लिए फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग होते हैं। साथ ही, विभिन्न रासायनिक संयोजनों के समानुपातिक सिरेमिक पाउडर उत्पन्न किए जा सकते हैं जिन्हें प्रावर्धन कहा जाता है।
पोलीमराइज़ेशन
स्टोबर प्रक्रिया एक प्रमुख उदाहरण है जो एक एल्कोक्साइड, विशेष रूप से टेओएस, के बहुलकीकरण का अध्ययन किया गया है। टेओएस के लिए रासायनिक सूत्र इस प्रकार से दिया जाता है: Si(OC2H5)4 या Si(OR)4, जहां एल्काइल समूह R = C2H5 होता है। एल्कॉक्साइड्स सॉल-जेल संश्लेषण के लिए आदर्श रासायनिक पूर्ववर्ती होते हैं क्योंकि वे पानी के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। प्रतिक्रिया को हाइड्रॉकसिल कहा जाता है, क्योंकि निम्नलिखित रूप में एक हाइड्रॉक्सिल आयन सिलिकॉन पर जुड़ जाता है::
- Si(OR)4 + H2O → HO−Si(OR)3 + R−OH
पानी और उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करके हाइड्रोलिसिस पूर्णता तक बढ़ सकती है और सिलिका का उत्पादन कर सकती है:
- Si(OR)4 + 2 H2O → SiO2 + 4 R−OH
पूर्ण हाइड्रोलिसिस के लिए अक्सीजन की अधिकता और/या एसीटिक अम्ल या हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे हाइड्रोलिसिस उत्प्रेरक का उपयोग करना आवश्यक होता है। आंतरिक सदस्य जिनमें [(OR)2−Si−(OH)2] or [(OR)3−Si−(OH)] सम्मिलित हो सकते हैं, अंशक हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पाद हो सकते हैं। प्रारंभिक आंतरिक पदार्थ दो आंशित हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर से होते हैं जो एक सिलोक्सेन [Si−O−Si] बंध के साथ जुड़े होते हैं:
- (OR)3−Si−OH + HO−Si−(OR)3 → [(OR)3Si−O−Si(OR)3] + H−O−H या
- (OR)3−Si−OR + HO−Si−(OR)3 → [(OR)3Si−O−Si(OR)3] + R−OH
इस प्रकार, इस प्रक्रिया के साथ सिलॉक्सेन [Si−O−Si] बंधों के एक, दो या तीन-आयामी नेटवर्क के गठन के साथ बहुलकीकरण संबंधित होती है, जिसके साथ H−O−H और R−O−H प्रजातियाँ उत्पन्न होती हैं।
परिभाषा के अनुसार, संघनन एक छोटे अणु को मुक्त करता है, जैसे पानी या अल्कोहल (रसायन)। इस प्रकार की प्रतिक्रिया पोलीमराइज़ेशन की प्रक्रिया द्वारा बड़े और बड़े सिलिकॉन युक्त अणुओं का निर्माण जारी रख सकती है। इस प्रकार, एक बहुलक सैकड़ों या हजारों इकाइयों से बना एक विशाल अणु (या मैक्रो मोलेक्यूल ) है जिसे मोनोमर्स कहा जाता है। एक मोनोमर बनने वाले बांडों की संख्या को इसकी कार्यक्षमता कहा जाता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन एल्कोक्साइड का पोलीमराइजेशन, बहुलक की जटिल शाखाओं (बहुलक रसायन) को जन्म दे सकता है, क्योंकि पूरी तरह से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर सी (ओएच)4 टेट्राफंक्शनल है (4 विभिन दिशाओं में शाखा या बंधन कर सकता है)। वैकल्पिक रूप से, कुछ शर्तों के तहत (जैसे, न्यूनतम पानी की सघनता) OR या OH समूहों (लिगैंड्स) के 4 से न्यूनतम संघनन में सक्षम होंगे, इसलिए अपेक्षाकृत न्यूनतम शाखाकरण होगा। हाइड्रोलिसिस और संक्षेपण के तंत्र, और कारक जो संरचना को रैखिक या शाखित संरचनाओं की ओर ले जाते हैं, सोल-जेल विज्ञान और प्रौद्योगिकी के सबसे महत्वपूर्ण मुद्दे हैं। यह प्रतिक्रिया बुनियादी और अम्लीय दोनों स्थितियों में अनुकूल है।
सोनो-ऑर्मोसिल
उल्लेखनीय है कि पॉलिमरों के संश्लेषण के लिए सोनिकेशन एक प्रभावी उपकरण है। केवलादी छिद्रण बलों के कारण, जो एक गैर-सांयोजक प्रक्रिया में श्रृंगारित करके और श्रृंखला को तोड़कर बनाते हैं, अवयवीय वजन और बहुवितरता में न्यूनतमी होती है। इसके अलावा, बहु-चरणीय प्रणालियाँ बहुत प्रभावी रूप से वितरित और एमल्सीफाइड होती हैं, जिससे बहुत ही छोटे मिश्रण प्रदान किए जाते हैं। इसका अर्थ यह है कि अल्ट्रासाउंड पारंपरिक सरगर्मी पर पॉलीमेराईजेशन की दर को बढ़ाता है और इसके परिणामस्वरूप न्यूनतम पॉलीडिस्पेरिटीज के सापेक्ष उच्च आणविक भार होता है। सोल-जेल प्रक्रिया के दौरान जेल-व्युत्पन्न सिलिका में साइलेन मिलाने पर ऑर्मोसिल्स प्राप्त होते हैं। उत्पाद में सुधारित यांत्रिकी गुणों के साथ एक आणविक-माप संयोजक प्राप्त होता है। सोनो-ओर्मोसिल्स की तुलना में क्लासिक जेल की एक अधिक घनत्व और सुधारित थर्मल स्थिरता होती है। एक समाधान इसलिए हो सकता है कि आणविकीकरण के अधिक स्तर की वजन वृद्धि के कारण होटे है।।[10]
पेचीनी प्रक्रिया
SiO2 और TiO2 जैसे एकल कैटियन प्रणालियों के लिए हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण प्रक्रियाएं स्वाभाविक रूप से समानुपातिक संयोजन उत्पन्न करती हैं। स्ट्रोंटियम टाइटेनेट, SrTiO2 और अन्य पेरोव्स्काइट प्रणालियों जैसे एकाधिक कैटियनों की सिस्टम में, स्थैरिक संक्रमण की अवधारणा महत्वपूर्ण होती है। विभिन्न हाइड्रोलिसिस और संकटीकरण दरों के परिणामस्वरूप दो कणियों के अधिकांश रासायनिक अयस्कों के गठन से बचने के लिए, एक पॉलिमर नेटवर्क में कैटियों को आवेदित करना एक प्रभावी दृष्टिकोण होता है, जिसे सामान्यतः पेचिनी प्रक्रिया कहा जाता है।[11] इस प्रक्रिया में, एक केलेटिंग एजेंट अधिकांशतः सिट्रिक एसिड, का उपयोग किया जाता है क्योंकी जलीय कैटियों को घेर सकें और स्थैरिक रूप से प्रतिबंधित कर सकें। इसके उपरांत, एक पॉलिमर नेटवर्क बनाया जाता है क्योंकी गैल या रेज़िन में चेलेट किए गए कैटियों को अस्थायी कर सकें। इसे सबसे अधिक अधिष्ठापना इथाइलीन ग्लाइकॉल का उपयोग करके पॉली-एस्टेरीफिकेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। परिणामीस्वरूप बहुलक को तब कार्बनिक सामग्री को हटाने के लिए ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत दहन किया जाता है और सजातीय रूप से बिखरे हुए उद्धरणों के सापेक्ष एक उत्पाद ऑक्साइड प्राप्त होता है।[12]
नैनो सामग्री
मिश्रित सिरेमिक्स की प्रसंस्करण में, एक साधारित पाउडर में अनियमित अणु का आकार और आकार सामान्यतः बहुविध (गैर-समान) पैकिंग मॉर्फोलॉजी में ले जाते हैं, जो पाउडर कॉम्पैक्ट में पैकिंग घनत्व में विचलनों का कारण बनते हैं। आकर्षक वैन देर वाल्स बलों के कारण पाउडर के अविनियमित फ्लॉक्युलेशन से भी माइक्रोस्ट्रक्चरल हेटरोजीनिटीज़ का उत्पादन हो सकता है।[14][15]
गैर-समान सुखाने के संकोचन के परिणामस्वरूप विकसित होने वाले विभेदक तनाव सीधे उस दर से संबंधित होते हैं जिस पर विलायक को हटाया जा सकता है, और इस प्रकार सरंध्रता के वितरण पर अत्यधिक निर्भर होता है। इस तरह के तनाव समेकित निकायों में प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण से जुड़े हुए हैं,[16] और राहत न मिलने पर बिना जले हुए शरीर में दरार उत्पन्न कर सकता है।
इसके अलावा, किलन के लिए तैयार किए जाने वाले संपक में जहां घनत्व में कोई भी परिवर्तन होता है, उन्नतीकरण प्रक्रिया के दौरान यह सामान्यतः बढ़ जाते हैं, जिससे विषम घनीकरण होता है। कुछ पोर्स और दृष्टिगत घनत्व के साथ जुड़े अन्य संरचनात्मक दोषों को दर्शाया गया है कि वे उन्नतीकरण प्रक्रिया में नकारात्मक भूमिका निभाते हैं, क्योंकि वे बढ़ जाते हैं और अंत-बिंदु घनत्व को सीमित करते हैं। विषम घनीकरण से उत्पन्न विभेदी तनावों के द्वारा उत्पन्न तनाव भी आंतरिक दरारों के प्रसार में होते हैं, जिससे यह मजबूती नियंत्रित करने वाली न्यूनतमियों के रूप में सामरिकता लाता है।[17][18][19][20][21]
इसलिए यह एक सामग्री को इस तरह से संसाधित करने के लिए वांछनीय प्रतीत होता है कि यह कण आकार के वितरण का उपयोग करने के अलावा घटकों और सरंध्रता के वितरण के संबंध में भौतिक रूप से समान होती है, जो हरित घनत्व को अधिकतम करेगा। निलंबन में दृढ़ता से परस्पर क्रिया करने वाले कणों की एक समान रूप से छितरी हुई विधानसभा की रोकथाम के लिए कण-कण परस्पर क्रियाओं पर पूर्ण नियंत्रण की आवश्यकता होती है। मोनोडिस्पर्स कोलाइड्स यह क्षमता प्रदान करते हैं।[7][8][22]
उदाहरण के लिए, कोलाइडल सिलिका के मोनोडिस्पर्स पाउडर को एकत्रीकरण के परिणामस्वरूप कोलाइडल क्रिस्टल या पॉलीक्रिस्टल कोलाइडल ठोस में उच्च स्तर की व्यवस्था सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर किया जा सकता है। लंबी दूरी के सहसंबंधों को स्थापित करने के लिए अनुमत समय और स्थान द्वारा आदेश की डिग्री सीमित प्रतीत होती है। इस तरह की दोषपूर्ण पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनाएं नैनोस्केल सामग्री विज्ञान के मूल तत्व प्रतीत होंगी, और इसलिए, अकार्बनिक प्रणालियों में माइक्रोस्ट्रक्चरल विकास में सम्मिलित तंत्रों की अधिक कठोर समझ विकसित करने में पहला कदम प्रदान करती हैं जैसे कि सिन्टर्ड सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स इत्यादी।[23][24]
अनुप्रयोग
सॉल-जेल से प्राप्त उत्पादों के अनेक अनुप्रयोग होते हैं।[25][26][27][28][29][30] उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने इसका उपयोग करके दुनिया के हल्के वजन वाले सामग्री और कुछ अत्यधिक कठोर सिरेमिक्स उत्पन्न किए हैं।
सुरक्षात्मक कोटिंग्स
एक सबसे बड़े उपयोग क्षेत्र में पतली फिल्में होती हैं, जो कि स्पिन कोटिंग या डिप-कोटिंग द्वारा एक प्रतियां पर उत्पन्न की जा सकती हैं। सुरक्षा और सजावटी कोटिंग्स, और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक के घटक इन विधियों का उपयोग करके कांच, धातु और अन्य प्रकार के प्रतियां पर लगाए जा सकते हैं। मोल्ड में डालकर, और अधिक सुखाने और उष्णीकरण के उपरांत, घन सिरेमिक या कांच के वस्त्र निर्मित किए जा सकते हैं जिनमें नवीन गुण होते हैं जो किसी अन्य तरीके द्वारा नहीं बनाए जा सकते है। अन्य कोटिंग विधियों में छिड़काव, वैद्युतकणसंचलन, इंकजेट [31][32] प्रिंटिंग, या रोल कोटिंग सम्मिलित होते है।
पतली फिल्म और फाइबर
एक उचित सीमा में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के सापेक्ष और रेफ्रैक्टरी सिरेमिक फाइबर फाइबर दोनों खींचे जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार, बल्क ठोस अवस्था के घटकों से लेकर पतली फिल्में, कोटिंग्स और फाइबर्स जैसे ऊचे सतह क्षेत्रीय रूपों में, ग्लासीय और ज्यामिति सिरेमिक सामग्री का उपयोग किया जा रहा है। [9][33] इसके अलावा, पतली फिल्में इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र में अपना उपयोग मिल रहा है[34] और प्रतिरोधी गैस सेंसर के संवेदनशील घटकों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[35]
नैनोस्केल पाउडर
अल्ट्रा-फाइन और एकसमान सिरेमिक पाउडर वर्षा द्वारा बनाया जा सकता है। दंत चिकित्सा, जैव चिकित्सा , कृषि रसायनों या कटैलिसीस अनुप्रयोगों के लिए नैनोस्केल कण आकार में एकल और एकाधिक घटक रचनाओं के इन पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। सॉल-जेल प्रक्रिया का उपयोग करके पाउडर घर्षणकर्मों में उपयोग होने वाले चुष्ट पाउडर बनाए जाते हैं। सोल-जेल प्रसंस्करण के अधिक महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक ज़ीइलाइट संश्लेषण करना है। अन्य तत्वों (धातु, धातु आक्साइड) को अंतिम उत्पाद में आसानी से सम्मिलित किया जा सकता है और इस विधि द्वारा बनाई गई सिलिकेट सोल बहुत स्थिर है।अधोप्रारंभित संश्लेषण के दौरान, थर्मल इलाज के बिना उपयोग के लिए उपयुक्त सेमी-स्थायी धातु संयोजनों का उपयोग सब-2 नैनोमीटर के अधीन ऑक्साइड कणों का निर्माण करने के लिए किया जा सकता है।आधार-प्रेरित संश्लेषण के दौरान, हाइड्रोक्सो (एम-ओएच) बंधों को हाइड्रोक्सो क्षेत्र के स्थान पर ऑक्सो (एम-ओ-एम) का उपयोग किया जा सकता है, जबकि ऐसा एक लिगंड जो हाइड्रोक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत हो और ऑक्सो सत्र में प्रतिक्रिया को संभव बनाने के लिए पर्याप्त न्यूनतमजोर हो उपयोग किया जा सकता है।[36]
बायोमेडिकल
इस अनुसंधान में एक और उपयोग है बायोमोलिक्यूल को संवेदनशील (बायोसेंसर) या कैटलिटिक उद्देश्यों के लिए बंद करना, उन्हें भौतिक रूप से या रासायनिक रूप से बाहर लीचिंग से रोकना और प्रोटीन या रासायनिक जुड़े छोटे घटकों के स्तिथि में, उन्हें बाहरी पर्यावरण से छिपाना, यद्यपि छोटे घटकों की निगरानी संभव होनी चाहिए। प्रमुख हानि यह है कि स्थानीय वातावरण में परिवर्तन प्रोटीन या छोटे अणु की कार्यक्षमता को परिवर्तित कर सकता है और संश्लेषण कदम प्रोटीन को हानि पहुंचा सकता है। इसे दरकिनार करने के लिए, विभिन्न रणनीतियों का पता लगाया गया है, जैसे कि प्रोटीन के अनुकूल छोड़ने वाले समूहों (जैसे ग्लिसरॉल) के सापेक्ष मोनोमर्स और प्रोटीन को स्थिर करने वाले पॉलिमर (जैसे पॉलीथीन ग्लाइकॉल) को सम्मिलित करना चाहिए।[37]
इस प्रक्रिया से निर्मित अन्य उत्पादों में माइक्रोफिल्ट्रेशन, अल्ट्राफिल्ट्रेशन, नैनोफिल्टरेशन , परवापोरेशन और विपरीत परासरण के लिए विभिन्न सिरेमिक मेम्ब्रेन सम्मिलित होते हैं। यदि एक गीले जेल में तरल को एक सुपर-क्रिटिकल स्थिति के तहत हटा दिया जाता है, तो एक अत्यंत छिद्र और बहुत न्यूनतम घनत्व वाला सामग्री जिसे ऐरोजेल कहा जाता है प्राप्त होता है। न्यूनतम तापमान वाली प्रक्रियाओं(25-100 डिग्री सेल्सियस) के माध्यम से जेल को सुखाकर, झरझरा ठोस मेट्रिसेस प्राप्त करना संभव होता है । इसके अलावा, एक सॉल-जेल प्रक्रिया का विकास 1950 के दशक में किया गया था परमाणु ईंधन के UO2 और ThO2 के रेडियोएक्टिव पाउडर्स के उत्पादन के लिए, बड़ी मात्रा में धूल के उत्पादन के बिना नही हो सकती हैं।
ऑप्टो-यांत्रिकी
सॉल-जेल मार्ग के माध्यम से माक्रोस्कोपिक ऑप्टिकल तत्व और सक्रिय ऑप्टिकल घटकों के साथ-साथ बड़े क्षेत्र वाले गर्म दर्पण, ठंडे दर्पण, लेंस , और बीम स्प्लिटर आदि उपयुक्त ज्यामिति के अन्दर तत्व तेजी से और न्यूनतम लागत में बनाए जा सकते हैं। उच्च प्रदर्शन के सिरामिक नैनोसामग्री की प्रसंस्करण में विपरीत परिस्थितियों के तहत उत्कृष्ट ऑप्टो-यांत्रिक गुणधर्मों के अन्दर, स्पर्शीकरण के आकार का बड़ा हिस्सा विकिरणित खनिजी अनुभागों के आकार पर आधारित होता है जो सामग्री के निर्माण के दौरान सिंथेसिस या निर्माण के समय उपस्थित खनिजी कणों के आकार पर निर्भर करता है। इस प्रकार, प्रकाश के बहुत सारे विकिरण को न्यूनतम करने के लिए प्राथमिक कण का आकार दृश्यी प्रकाश के तत्व में से (~500 नैनोमीटर) दृश्य प्रकाश की तरंगदैर्य के नीचे की जगह का कटाव करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक पारदर्शी या दृश्यी पदार्थ बनता है।
इसके अलावा, परिणाम बताते हैं कि सिन्टर्ड सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स में सूक्ष्म छिद्र, मुख्य रूप से माइक्रोक्रिस्टलाइन अनाज के जंक्शनों पर फंस गए हैं, प्रकाश को बिखरने का कारण बनते हैं और वास्तविक पारदर्शिता को रोकते हैं। इसका परिणामस्वरूप, इन नैनोस्केल कोशिकाओं के कुल आयत का योग न्यूनतम से न्यूनतम 1% से न्यूनतम होना चाहिए उच्च गुणवत्ता वाली ऑप्टिकल प्रवाह, अर्थात घनत्व का सिद्धांतिक खण्डत्व का 99.99% होना चाहिए।।[38][39]
चिकित्सा
सॉल-जेल की अद्वितीय गुणधर्मों के कारण उनका विभिन्न चिकित्सा उपयोग के लिए उपयोग करने की संभावना होती है।[40][41][42] सॉल-जेल प्रसंस्कृत एल्यूमिना एक दवाओं की विरामित वितरण के लिए एक वाहक के रूप में और एक स्थापित घाव भरने वाला उपचार के रूप में उपयोग किया जा सकता है।सॉल-जेल प्रसंस्कृत एल्यूमिना के अन्दर घाव भरने वाले मिश्रण के कारण घाव का आकार में एक संकेतमान न्यूनतमी देखी गई है। एक नवीन तरह के थ्रंबोलाइसिस उपचार के लिए एक नई परिवार के इंजेक्टेबल मिश्रित पदार्थों के विकास से एक नवीनतम पहुंच संभव होती है: अल्युमिना में बंधित प्लास्मीनोजेन गतिविधि कराने वाला तत्व होता है।
यह भी देखें
- कोएसरवेट ठंडा गलन प्रक्रिया के दौरान अपशिष्ट में कोलॉइडल कणों की छोटी गोलाकार बुंद बनती हैं।
- फ्रीज कास्टिंग
- जेलेशन की यांत्रिकी
- जेलेशन की यांत्रिकी में रैन्डम ग्राफ सिद्धांत
- तरल-तरल अल्पीकरण
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अग्रिम पठन
- Colloidal Dispersions, Russel, W. B., et al., Eds., Cambridge University Press (1989)
- Glasses and the Vitreous State, Zarzycki. J., Cambridge University Press, 1991
- The Sol to Gel Transition. Plinio Innocenzi. Springer Briefs in Materials. Springer. 2016.
