Metoda sol-gel este in prezent cea mai investigată metodă chimică de sinteză, deoarece ea

poate fi aplicată unei game extrem de largi compoziţii de materiale, oferind posibilitatea de a controla

forma, dimensiunile şi distribuţia dimensiunilor particulelor.

Prin acestă metodă pot fi obţinute şi fibre sau filme. In principiu metoda sol-gel constă in formarea unui

sol coloidal concentrat de oxizi sau hidroxizi metalici şi convertirea acestuia la un gel semirigid prin una

sau mai multe căi

Solul (definit ca o dispersie de particule solide intr-un mediu lichid in care cel puţin una dintre

dimensiunile particulelor este cuprinsă intre 1 nm şi 1 μm) trebuie intai stabilizat pentru a impiedica

sedimentarea dispersantului şi după aceea procesat la faza de gel. Gelul format este apoi uscat şi

prelucrat ca un material ceramic. S-au dezvoltat două direcţii de abordare a tehnicilor sol-gel, funcţie de

natura formatorilor de geluri:

• tehnici sol-gel folosind ca precursori soluţii apoase ale sărurilor metalice;

• tehnici sol-gel avand soluţia precursoare formată din alcoxizi.

Faza de formare a solului este deosebit de importantă, este o fază strict controlată de puritatea

precursorilor, de gradul de solubilizare a acestora in soluţie, de valoarea pH-ului şi temperatură, pentru

că toţi aceşti factori influenţează realizarea unei vascozităţi optime a solului, de care va depinde

realizarea microsferelor.

La pH-uri puternic acide sau puternic bazice, hidroxizii precipitaţi sau oxizii dispersaţi in soluţie, adsorb

superficial ionii hidroxil sau oxidril din soluţie

Prezenţa sarcinilor superficiale conduce la apariţia de soli, particule coloidale stabile, datorită

echilibrului dintre forţele de repulsie dintre particulele incărcate şi forţele de atracţie, care tind să reducă

suprafaţa liberă a sistemului prin aglomerare

Pentru a controla morfologia pulberilor, suspensiile coloidale sunt destabilizate cu obţinerea de geluri

(reţele anorganice polimerice continue, semirigide) ca rezultat al legării particulelor formate prin

nucleaţie hidrolitică (pentru diametre ale particulelor < 3 nm se formează geluri polimerice, iar pentru

diametre > 3 nm, geluri coloidale). Punctul critic unde apare reţeaua infinită tridimensională este numit

"punct de gelifiere". In acest punct vascozitatea η→∞ şi modulul elastic E devine măsurabil.

Formarea gelurilor se realizează prin indepărtarea apei, cel mai adesea termic. Un alt procedeu este

extracţia apei cu un solvent organic nemiscibil (alcooli, esteri, cetone, eteri). Procesul de stabilizare a

solilor şi de gelificare poate fi controlat de prezenţa unor adaosuri cu proprietăţi superficiale sau

catalitice. Suspensiile coloidale pot fi stabilizate prin adaosul unor surfactanţi care produc o stabilizare

sterică. Se utilizează surfactanţi solubili in apă, cu formula generală RX

Dimpotrivă, unii catalizatori pot produce gelifierea controlată a solilor stabilizaţi prin descompunerea

agentului de hidroliza la un pH constant (prin tamponare), corespunzător punctului de sarcină zero

(p.s.z.) Faţă de tehnologia sol-gel din alcoxizi, frecvent citată in ultima vreme in literatură, aceste

procedee au avantajul utilizării unor materii prime mai ieftine şi accesibile.

Procedeele sol-gel ale compuşilor organometalici au la bază hidroliza controlată a precursorilor, cu

formarea in prima etapă a suspensiilor coloidale (soli) din care se formează ulterior gelul.

Spre deosebire de procesele hidrolitice de precipitare şi sol-gel coloidal, unde formarea fazei noi are loc

printr-un proces de nucleaţie neomogenă, in cazul hidrolizei compuşilor organo-metalici viteza de

nucleaţie poate fi mai uşor controlată, iar faza solidă se formează printr-un mecanism de nucleaţie

omogenă

Dintre compuşii organometalici utilizaţi pentru sinteza nanopulberilor cel mai adesea in literatura de

specialitate sunt menţionati alcoxizii metalici.

Alcoxizii formează uşor alcoxizi dubli sau heterometalici prin simplă amestecare, chiar şi in cazul metalelor

cu electronegativitate comparabilă, prin reacţii de coordinare, auto-coordinare sau coordinare

transvarsală.Combinaţii heterometalice pot fi obţinute şi prin condensarea termică a alcoxizilor şi acetaţilor,

de obicei in soluţii de alcool sau in hexan, rezultand o structură polimerizată. Destabilizarea (gelarea, adică

formarea unui solid colloidal conţinand componentul fluid dispersat intr-o reţea tridimensională) poate fi

obţinută prin diluarea cu apă sau hidroliză catalizată de acizi sau baze.

Dacă este utilizat un exces de apă, gelul, numit şi gel coloidal sau aquagel, este format dintr-o reţea

continuă de agregate de particule. Dacă apa este adaugată incet şi in cantităţi mici, particulele de sol

cresc in dimensiuni printr-o reacţie de condensare-polimerizare. Se obţine un gel polimeric sau alcogel.

Procesul de gelificare influenţează structura şi volumul porilor produselor obţinute, depinzand de mai

mulţi factori, cum sunt: pH-ul, raportul apă/alcoxid, natura chimică a alcoxidului.

Indepărtarea mediului de dispersie este o etapă importantă. Dacă indepărtarea are loc rapid, de exemplu

prin trecerea picăturilor fine de gel printr-o coloană ce conţine alcool, se obţine o pulbere.

Datorită preţului ridicat al alcoxizilor sau al altor materii prime organometalice (acetaţi, oxalaţi, citraţi)

utilizate in sinteză, procedeul solgel este aplicat indeosebi pentru obţinerea de fibre, nanotuburi şi filme

subţiri60-61. Pentru obţinerea pulberilor nanodimensionale se utilizează metoda hidrolizei rapide.

Chatterjee şi colab.62 au preparat pulberi foarte fine (13 - 35 nm) de ferită spinelică Ni0,5Zn0,5Fe2O4

prin metoda sol-gel. Ca materii prime pentru prepararea solului au fost utilizate Ni(NO3)2.6H2O,

Zn(NO3)2.6H2O şi Fe(NO3)3.9H2O.

Azotaţii, după cantărirea in proporţiile corespunzătoare compoziţiei feritei, sunt dizolvaţi in apă distilată,

obţinandu-se o soluţie limpede, la care se adaugă tetraetilortosilicat Si(OC2H5)4 (TEOS) şi cateva

picături de HNO3 concentrat. Amestecul preparat ca mai sus a fost apoi agitat circa . oră. Solul astfel

obţinut a fost turnat intr-un vas. Gelificarea solului are loc in cca. 48 de ore.

Gelul a fost apoi incălzit la temperaturi cuprinse intre 700 – 1100 oC, timp de 1 oră. Dimensiunile

particulelor de ferită au crescut odată cu creşterea temperaturii de calcinare de la 13 nm (700 oC) la 34,7

nm (1100 oC) Carta şi colab.63 au studiat formarea CoFe2O4 intr-o matrice de SiO2 prin metoda sol-

gel, in funcţie de temperatura de tratament termic şi conţinutul de ferită.

Nanocompozitele de aerogel cu 5-10%gr. CoFe2O4 au fost calcinate la 450, 750 şi 900 oC. Evoluţia

nanofazei cu temperatura de calcinare depinde de compoziţie. In probele care conţin 10%gr. ferită,

rezultatele indică faptul că nanocristalele de CoFe2O4 au fost formate după calcinarea la 750 oC, in

timp ce in probele care conţin 5%gr. ferită, nanocristalele au fost formate după calcinarea la 900

Determinările cantitative prin EXAFS ( spectroscopie fină de radiaţii X prin absorbţie extinsă, eng.

Extended X-Ray Absorption Fine Structure) a distribuţiei ionilor de fier şi cobalt in poziţiile octaedrice şi

tetraedrice ale structurii spinelice, arată că ferita CoFe2O4 preparată prin metoda sol-gel prezintă un

parametru de inversie de ~0,70 in comparaţie cu ferita sintetizată prin reacţia in stare solidă.

Avantajul major al metodei sol-gel il constituie faptul că oferă posibilitatea sintetizării de solide vitroase,

care nu pot fi obţinute in mod normal prin metoda ceramică convenţională şi că oferă posibilitatea

obţinerii unor materiale cu structură specială predeterminată, funcţie de condiţiile experimentale.