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Sol‐Gel‐Chemie

Zusammenfassung

Der Sol‐Gel‐Prozess zur Erzeugung von Materialien mit oxidischer Grundstruktur ist eine Methode, die handwerklich sehr einfach ist (mischen – warten – verarbeiten – trocknen), bei der aber detaillierte chemische Kenntnisse notwendig sind, wenn man die optimalsten Materialeigenschaften erzielen und alle Möglichkeiten ausschöpfen möchte, die die Methode bietet („better materials through chemistry“). Der Grund dafür ist, dass die Gel‐Synthese kinetisch kontrolliert abläuft, die erhaltenen Materialien also amorph und metastabil sind. Jeder Parameter, der die Reaktionsgeschwindigkeiten der Precursoren oder Intermediate beeinflusst, hat daher Auswirkungen auf Struktur und Eigenschaften der Gele und muss genau kontrolliert werden. Die chemische Zusammensetzung der Gele lässt sich durch geeignete Precursor‐Kombinationen nahezu beliebig anpassen. Das bietet die Möglichkeit, Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen und anspruchsvolle, „maßgeschneiderte“ Materialien herzustellen.

Summary

Sol‐gel processing for the preparation of materials with an basic oxidic structure is a method, which is technically easy (mixing – waiting – processing – drying). Detailed chemical knowledge is necessary, however, if one wants to achieve the optimal materials properties and to exploit all possibilities the method is offering („better materials through chemistry“). The reason is that the gel synthesis proceeds under kinetic control. The obtained materials are therefore amorphous and metastable. Each parameter influencing the reaction rates of precursors or intermediates thus influences structure and properties of the gels and must be carefully controlled. The chemical composition of the gels can be nearly deliberately adjusted by the proper combination of precursors. This affords the possibility to influence materials properties purposefully and to produce demanding “tailor‐made” materials.

Der Sol‐Gel‐Prozess ist mittlerweile eine etablierte und weit verbreitete Methode zur Synthese von Materialien mit oxidischer Grundstruktur. Dabei werden molekulare Vorstufen, die Precursoren, meist Metall‐ oder Halbmetall‐Alkoxide, M(OR)n, oder hydrolysierbare Metallsalze mit einer kontrollierten Menge Wasser versetzt. Die Precursoren sind die Bausteine für die zukünftigen Materialien. Wie bei Lego® können unterschiedliche Baugruppen nahezu beliebig miteinander kombiniert werden. Die weite Verbreitung von Sol‐Gel‐Prozessen auch in technischen Anwendungen beruht auf mehreren Vorteilen: neben der nahezu beliebigen Kombination von Precursoren sind dies die milden Reaktionsbedingungen, die leichte Verarbeitbarkeit der Materialien, die Möglichkeit, die Porosität und Oberflächeneigenschaften von Materialien gezielt zu beeinflussen sowie die Möglichkeit, organische Komponenten zu integrieren. Letzteres führt zu anorganisch‐organischen Hybridmaterialien.

Authors:   Ulrich Schubert
Journal:   Chemie in unserer Zeit
Year:   2017
Pages:   n/a
DOI:   10.1002/ciuz.201700792
Publication date:   08-Sep-2017
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