सॉल-जेल प्रक्रिया

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सामग्री विज्ञान में, सोल-जेल प्रक्रिया छोटे अणुओं से ठोस सामग्री बनाने की एक विधि है। विधि का उपयोग धातु ऑक्साइड, विशेष रूप से सिलिकॉन (सी) और टाइटेनियम (टीआई) के ऑक्साइड के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में मोनोमर्स को एक कोलाइडयन समाधान (सोल (कोलॉइड) ) में परिवर्तित करना सम्मिलित है जो असतत कणों या नेटवर्क पॉलीमर के एक एकीकृत नेटवर्क (या जेल) के लिए अग्रदूत के रूप में कार्य करता है। विशिष्ट अग्रदूत (रसायन विज्ञान) धातु एल्कोक्साइड हैं। सिरेमिक नैनोकणों के उत्पादन के लिए सोल-जेल प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है।

चरण

सोल-जेल प्रौद्योगिकी के विभिन्न चरणों और मार्गों का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

इस रासायनिक प्रक्रिया में, एक सोल (कोलाइड) (एक कोलाइडल घोल) बनता है जो फिर धीरे-धीरे एक जेल जैसी डिफासिक प्रणाली के गठन की दिशा में विकसित होता है जिसमें एक तरल चरण और ठोस चरण दोनों होते हैं जिनकी आकारिकी असतत कणों से लेकर निरंतर बहुलक नेटवर्क तक होती है। कोलाइड के स्तिथि में, कणों (या कण घनत्व) का आयतन अंश इतना न्यूनतम हो सकता है कि जेल जैसी गुणों को पहचानने के लिए तरल पदार्थ की एक महत्वपूर्ण मात्रा को प्रारंभ में निकालने की आवश्यकता हो सकती है। इसे किसी भी तरह से पूरा किया जा सकता है। सबसे सरल तरीका यह है कि अवसादन के लिए समय दिया जाए और फिर शेष द्रव को उंडेल दिया जाए। चरण पृथक्करण की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए केन्द्रापसारण का भी उपयोग 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 होगी।

उपरांत में, एक थर्मल उपचार, या फायरिंग प्रक्रिया, प्रायः आगे के पॉलीकोंडेशन का समर्थन करने और अंतिम सिंटरिंग, घनत्व और अनाज के विकास के माध्यम से यांत्रिक गुणों और संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ाने के लिए आवश्यक होती है। अधिक पारंपरिक प्रसंस्करण तकनीकों के विपरीत इस पद्धति का उपयोग करने के विशिष्ट लाभों में से एक यह है कि घनत्व प्रायः बहुत न्यूनतम तापमान पर प्राप्त किया जाता है।

अग्रदूत (रसायन विज्ञान) सोल या तो एक फिल्म बनाने के लिए एक सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) पर जमा किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, गहरा कोटिंग या स्पिन कोटिंग द्वारा), वांछित आकार के सापेक्ष एक उपयुक्त कंटेनर में कास्टिंग (जैसे, मोनोलिथिक सिरेमिक प्राप्त करने के लिए, चश्मा, खनिज ऊन, कृत्रिम झिल्ली, airgel ), या पाउडर को संश्लेषित करने के लिए उपयोग किया जाता है (जैसे, माइक्रोस्फीयर, nanoparticle )।[1] सोल-जेल दृष्टिकोण एक सस्ती और न्यूनतम तापमान वाली तकनीक है जो उत्पाद की रासायनिक संरचना के ठीक नियंत्रण की अनुमति देती है। डोपेंट की थोड़ी मात्रा, जैसे कि डाई#सिंथेटिक डाई और दुर्लभ-पृथ्वी तत्व, को सोल में डाला जा सकता है और अंतिम उत्पाद में समान रूप से फैलाया जा सकता है। इसका उपयोग चीनी मिट्टी के प्रसंस्करण और निर्माण में निवेश कास्टिंग सामग्री के रूप में या विभिन्न उद्देश्यों के लिए धातु ऑक्साइड की बहुत पतली फिल्मों के निर्माण के साधन के रूप में किया जा सकता है। सोल-जेल व्युत्पन्न सामग्री में प्रकाशिकी, इलेक्ट्रानिक्स , ऊर्जा, अंतरिक्ष, (जैव) सेंसर, दवा (जैसे, निरंतर रिलीज़ खुराक के रूप), प्रतिक्रियाशील सामग्री और पृथक्करण (जैसे, क्रोमैटोग्राफी) तकनीक में विविध अनुप्रयोग हैं।

सोल-जेल प्रसंस्करण में रुचि को 1800 के दशक के मध्य में इस अवलोकन के सापेक्ष देखा जा सकता है कि अम्लीय परिस्थितियों में टेट्राएथिल ओर्थोसिलिकेट (TEOS) के हाइड्रोलिसिस से सिलिकॉन डाइऑक्साइड का निर्माण हुआ। SiO22तंतुओं और मोनोलिथ के रूप में। सोल-जेल अनुसंधान इतना महत्वपूर्ण हो गया कि 1990 के दशक में इस प्रक्रिया पर दुनिया भर में 35,000 से अधिक पत्र प्रकाशित किए गए।[2][3][4]


कण और पॉलिमर

सोल-जेल प्रक्रिया एक गीली-रासायनिक तकनीक है जिसका उपयोग ग्लासी और सिरेमिक सामग्री दोनों के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में, सोल (या समाधान) धीरे-धीरे एक जेल-जैसे नेटवर्क के निर्माण की दिशा में विकसित होता है जिसमें तरल चरण और ठोस चरण दोनों होते हैं। विशिष्ट अग्रदूत धातु अल्कोक्साइड और धातु क्लोराइड होते हैं, जो कोलाइड बनाने के लिए हाइड्रोलिसिस और पॉलीकोंडेशन प्रतिक्रियाओं 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।[5][6] कोलाइड शब्द का प्रयोग मुख्य रूप से ठोस-तरल (और/या तरल-तरल) मिश्रणों की एक विस्तृत श्रृंखला का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जिनमें से सभी में विशिष्ट ठोस (और/या तरल) कण होते हैं जो एक तरल माध्यम में विभिन्न डिग्री तक फैल जाते हैं। यह शब्द व्यक्तिगत कणों के आकार के लिए विशिष्ट है, जो परमाणु आयामों से बड़े हैं परंतुएक प्रकार कि गति प्रदर्शित करने के लिए काफी छोटे हैं। यदि कण काफी बड़े हैं, तो निलंबन में किसी भी समय अवधि में उनका गतिशील व्यवहार गुरुत्वाकर्षण और अवसादन की शक्तियों द्वारा नियंत्रित होगा। परंतुअगर वे कोलाइड होने के लिए काफी छोटे हैं, तो निलंबन में उनकी अनियमित गति को तरल निलंबित माध्यम में थर्मल रूप से उत्तेजित अणुओं के असंख्य सामूहिक बमबारी के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जैसा मूल रूप से अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने शोध प्रबंध में वर्णित किया था। आइंस्टीन ने निष्कर्ष निकाला कि इस अनियमित व्यवहार को ब्राउनियन गति के सिद्धांत का उपयोग करके पर्याप्त रूप से वर्णित किया जा सकता है, जिसमें अवसादन एक संभावित दीर्घकालिक परिणाम है। यह महत्वपूर्ण आकार सीमा (या कण व्यास) सामान्यतः दसियों एंगस्ट्रॉम (10-10 m) से कुछ माइक्रोमीटर (10−6</सुप> मी).[7]

  • 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: कीमती ओपीएएल ।[8][9]
  • कुछ रासायनिक स्थितियों के तहत (सामान्यतः एसिड-उत्प्रेरित तलवों में), इंटरपार्टिकल बलों में उनके विकास से पहले काफी एकत्रीकरण और/या flocculation 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 फायदे प्रदर्शित करता है।[10]

किसी भी स्तिथि में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क) सोल (कोलाइड) विकसित होता है, फिर एक तरल चरण (जेल) युक्त एक अकार्बनिक नेटवर्क के गठन की ओर। धातु ऑक्साइड के निर्माण में धातु केंद्रों को ऑक्सो (एम-ओ-एम) या हाइड्रॉक्सो (एम-ओएच-एम) पुलों से जोड़ना सम्मिलित है, इसलिए समाधान में धातु-ऑक्सो या धातु-हाइड्रॉक्सो पॉलिमर उत्पन्न करना।

दोनों मामलों में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क), सुखाने की प्रक्रिया जेल से तरल चरण को हटाने के लिए कार्य करती है, एक सूक्ष्म झरझरा अनाकार कांच या सूक्ष्म क्रिस्टलीय सिरेमिक का उत्पादन करती है। उपरांत के थर्मल उपचार (फायरिंग) को और अधिक पॉलीकोंडेशन के पक्ष में और यांत्रिक गुणों को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

एक उचित श्रेणी में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के सापेक्ष, ऑप्टिकल गुणवत्ता वाले शीसे रेशा और आग रोक सिरेमिक फाइबर दोनों तैयार किए जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इसके अलावा, रासायनिक संरचना की एक विस्तृत श्रृंखला के समान सिरेमिक पाउडर को वर्षा (रसायन विज्ञान) द्वारा बनाया जा सकता है।

पोलीमराइज़ेशन

टीईओएस के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्रेरित संक्षेपण का सरलीकृत प्रतिनिधित्व

स्टोबर प्रक्रिया एल्कोक्साइड के पोलीमराइज़ेशन का एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया उदाहरण है, विशेष रूप से टेट्रैथाइल ऑर्थोसिलिकेट। TEOS का रासायनिक सूत्र Si(OC2H5)4, या सी (या)4, जहां एल्काइल समूह आर = इथेनॉल | सी2H5. एल्कॉक्साइड्स सोल-जेल संश्लेषण के लिए आदर्श रासायनिक अग्रदूत हैं क्योंकि वे पानी के सापेक्ष आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। प्रतिक्रिया को हाइड्रोलिसिस कहा जाता है, क्योंकि एक हाइड्रॉकसिल आयन सिलिकॉन परमाणु से निम्नानुसार जुड़ जाता है:

सी(या)4 + एच2हे → एच ओ-सी (या)3 + आर−ओएच

उपस्थित पानी और उत्प्रेरक की मात्रा के आधार पर, हाइड्रोलिसिस सिलिका को पूरा करने के लिए आगे बढ़ सकता है:

सी(या)4 + 2 एच2हे → SiO2 + 4 आर−ओएच

पूर्ण हाइड्रोलिसिस के लिए प्रायः पानी की अधिकता और/या एसीटिक अम्ल या हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे हाइड्रोलिसिस उत्प्रेरक के उपयोग की आवश्यकता होती है। [(या) सहित मध्यवर्ती प्रजातियां2−Si−(OH)2] या या)3−Si−(OH)] आंशिक हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पादों के रूप में हो सकता है।[1]प्रारंभिक मध्यवर्ती दो आंशिक रूप से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर्स से उत्पन्न होते हैं जो एक सिलोक्सेन [सी-ओ-सी] बंधन से जुड़े होते हैं:

(या)3−Si−OH + HO−Si−(OR)3 → [(या)3सी-ओ-सी (या)3] + एच-ओ-एच

या

(या)3−Si−OR + HO−Si−(OR)3 → [(या)3सी-ओ-सी (या)3] + आर-ओएच

इस प्रकार, बहुलकीकरण सिलोक्सेन [सी-ओ-सी] बॉन्ड के 1-, 2-, या 3-आयामी नेटवर्क के गठन के सापेक्ष जुड़ा हुआ है, जिसमें एच-ओ-एच और आर-ओ-एच प्रजातियों का उत्पादन होता है।

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 अलग-अलग 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

सोनिकेशन पॉलिमर के संश्लेषण के लिए एक कुशल उपकरण है। गुहिकायन कतरनी तनाव बल, जो एक गैर-यादृच्छिक प्रक्रिया में श्रृंखला को फैलाते हैं और तोड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आणविक भार और बहु-फैलाव न्यूनतम होता है। इसके अलावा, बहु-चरण प्रणालियां बहुत कुशल फैलाव और पायस हैं, क्योंकी बहुत अच्छा मिश्रण प्रदान किया जा सके। इसका मतलब 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 मिलाने पर ऑर्मोसिल्स (ऑर्गेनिक रूप से संशोधित सिलिकेट) प्राप्त होते हैं। उत्पाद बेहतर यांत्रिक गुणों के सापेक्ष आणविक-पैमाने पर समग्र है। सोनो-ऑर्मोसिल्स को क्लासिक जैल की तुलना में उच्च घनत्व के अन्दर-अन्दर एक बेहतर थर्मल स्थिरता की विशेषता है। इसलिए एक स्पष्टीकरण पोलीमराइज़ेशन की बढ़ी हुई डिग्री हो सकती है।[11]

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।[12] 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।[13]

नैनो सामग्री

छोटे-कोण एक्स-रे बिखरने से पुनर्गठित एक रेसोरिसिनॉल-फॉर्मेल्डिहाइड जेल का नैनोस्ट्रक्चर। इस प्रकार की अव्यवस्थित आकारिकी कई सोल-जेल सामग्रियों की विशिष्ट है।[14]

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।[15][16]

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,[17] 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 कमियों के रूप में सामरिकता लाता है।[18][19][20][21][22]

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।[8][9][23]

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।[24][25]

अनुप्रयोग

सॉल-जेल से प्राप्त उत्पादों के अनेक अनुप्रयोग होते हैं।[26][27][28][29][30][31] 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 तरीकों का उपयोग करके कांच, धातु और अन्य प्रकार के प्रतियां पर लगाए जा सकते हैं। मोल्ड में डालकर, और अधिक सुखाने और उष्णीकरण के बाद, 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 [32][33] 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। [10][34] इसके अलावा, पतली फिल्में इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र में अपना उपयोग मिल रहा है[35] और प्रतिरोधी गैस सेंसर के संवेदनशील घटकों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[36]

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 कमजोर हो उपयोग किया जा सकता है।[37]

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।[38]

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-मैकेनिकल

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।।[39][40]

चिकित्सा

सॉल-जेल की अद्वितीय गुणधर्मों के कारण उनका विभिन्न चिकित्सा उपयोग के लिए उपयोग करने की संभावना होती है।[41][42][43] 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

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Hanaor, D. A. H.; Chironi, I.; Karatchevtseva, I.; Triani, G.; Sorrell, C. C. (2012). "Single and Mixed Phase TiO2 Powders Prepared by Excess Hydrolysis of Titanium Alkoxide". Advances in Applied Ceramics. 111 (3): 149–158. arXiv:1410.8255. Bibcode:2012AdApC.111..149H. doi:10.1179/1743676111Y.0000000059. S2CID 98265180.
  2. ↑ Brinker, C. J.; G. W. Scherer (1990). Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing. Academic Press. ISBN 978-0-12-134970-7.
  3. ↑ Hench, L. L.; J. K. West (1990). "The Sol-Gel Process". Chemical Reviews. 90: 33–72. doi:10.1021/cr00099a003.
  4. ↑ Klein, L. (1994). Sol-Gel Optics: Processing and Applications. Springer Verlag. ISBN 978-0-7923-9424-2.
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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.


बाहरी संबंध

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