sol-gel, sintesi

sol-gel, sintesi

sòl-gèl, sìntesi. – Metodo di preparazione di materiali basato sulla formazione preliminare di un sol, che poi evolve a formare un gel, il quale viene poi essiccato per produrre il materiale finale. Il metodo si applica in particolare alla sintesi di materiali ceramici e, tra questi, soprattutto di ossidi metallici. Sebbene i primi studi sulla tecnica sol-gel risalgano addirittura alla metà dell'Ottocento, è soprattutto a partire dagli anni Novanta del 20° sec. che si è assistito a una crescita importante dell'interesse verso questo metodo preparativo, spinta in parte dalla ricerca di tecniche adatte alla sintesi di materiali micro- e nanoporosi e nanostrutturati. Il metodo presenta alcuni importanti vantaggi rispetto alle tradizionali metodiche impiegate per la preparazione dei materiali ceramici: l'uso di condizioni sperimentali blande (basse temperature); la possibilità di ottenere materiali molto omogenei in termini di composizione e proprietà e dotati di elevata porosità e bassa densità; bassi costi; alte rese. Il primo stadio di un tipico processo sol-gel consiste nella produzione del sol, che viene realizzata generalmente mediante una reazione chimica. Per es., nella classica sintesi sol-gel di materiali silicei, un tetraalcossido di silicio Si(OR)₄ (dove R è tipicamente un radicale metile, etile o propile) viene idrolizzato, in modo tale da formare una rete di legami –Si–O–Si che origina un reticolo esteso contenente molecole di acqua e di alcol (gel); dopo un periodo di stabilizzazione, il gel viene opportunamente essiccato rimuovendone le molecole di solvente, ottenendo, a seconda delle modalità di essiccazione, un aerogel (essicazione in condizione supercritiche: il materiale mantiene la sua struttura ed è altamente poroso) o uno xerogel (la struttura tende a collassare e si ottiene un materiale monolitico). Tra i materiali più importanti sintetizzati con questo metodo vi sono, oltre alla silice, il biossido di titanio, l'ossido di alluminio, il biossido di zirconio e vari ossidi misti. Mediante aggiunta di opportuni reagenti, il materiale finale può contenere varie specie chimiche intrappolate nei pori, che possono conferirgli un'ampia gamma di proprietà funzionali. Per es., nelle strutture prodotte mediante sintesi sol-gel possono essere immobilizzate delle specie chimiche attive per il rilevamento di altre sostanze (sensori chimici con matrice sol-gel). Oltre che per la sintesi dei ceramici monolitici tradizionali e degli aerogel, il metodo sol-gel si va diffondendo per la preparazione di nanomateriali ceramici in forma di nanofili, nanotubi, nanofibre, nanobastoncini. Inoltre la sintesi sol-gel è il metodo principale per la preparazione di materiali ibridi e ; per es., è possibile sintetizzare nanocompositi contenenti nanoparticelle di silice in matrici polimeriche realizzando simultaneamente il processo sol-gel e quello di polimerizzazione.