Stöber jarayoni - Stöber process

The Stöber jarayoni tayyorlash uchun ishlatiladigan kimyoviy jarayon kremniy (SiO
2) zarralar[1] boshqariladigan va bir xil o'lcham[2] ilovalar uchun materialshunoslik. Bu kashshof edi[3] Verner Stöber va uning jamoasi 1968 yilda xabar berganlarida,[1] va bugungi kunda eng ko'p ishlatiladigan bo'lib qolmoqda nam kimyo kremniyga sintetik yondoshish nanozarralar.[3] Bu misol sol-gel jarayoni bu erda molekulyar kashshof (odatda tetraetilortosilikat ) birinchi suv bilan reaksiyaga kirishdi spirtli eritmada, hosil bo'lgan molekulalar keyin birgalikda qo'shilish kattaroq inshootlarni qurish uchun. Reaksiya natijasida 50 dan 2000 gacha diametrli silika zarralari hosil bo'ladinm, sharoitga qarab. Jarayon kashf etilganidan beri, shu jumladan uni tushunishga qaratilgan sa'y-harakatlar faol ravishda o'rganib chiqilgan kinetika va mexanizm - a zarralarni birlashtirish modeli eksperimental ma'lumotlarga mos kelishi aniqlandi[4] dastlab taxmin qilingan LaMer modeliga qaraganda.[5][6] Yangi olingan tushuncha tadqiqotchilarga zarrachalarning kattaligi va tarqalishi ustidan yuqori darajadagi nazoratni amalga oshirishga va natijada olingan materialning fizik xususiyatlarini aniq dasturlarga moslashtirishga imkon berdi.

1999 yilda ikki bosqichli o'zgartirish haqida xabar berilgan[7] bu boshqariladigan shakllanishiga imkon berdi kichik teshiklari bo'lgan silika zarralari.[8] Jarayon a borligida past pH qiymatida amalga oshiriladi sirt faol molekulasi. Gidroliz bosqichi a hosil bo'lishi bilan yakunlanadi mikroemulsiya[9] qo'shishdan oldin natriy ftorid ga boshlang kondensatsiya jarayoni. The ion bo'lmagan sirt faol moddasi bu yonib ketdi bo'shliqlarni hosil qilish uchun, sirt maydonini ko'paytiradi va o'zgartiradi sirt xususiyatlari hosil bo'lgan zarrachalar, bu materialning fizik xususiyatlari ustidan ancha katta nazorat qilish imkonini beradi.[7] Kabi yirik gözenekli tuzilmalarni rivojlantirish ishlari olib borildi makroporozik monolitlar,[10] asosidagi qobiq-yadro zarralari polistirol,[11] siklen,[12] yoki poliaminlar,[13] va uglerod sharlari.[14]

Stöber jarayoni yordamida ishlab chiqarilgan kremniy o'qish uchun namuna bo'ladigan ideal materialdir kolloid hodisalar[15] tufayli monodisperslik uning zarracha kattaliklarining (bir xilligi).[16] Stöber jarayoni yordamida tayyorlangan nanopartikullar, shu jumladan dasturlarni topdilar dori-darmonlarni etkazib berish ga uyali tuzilmalar ichida[17] va tayyorlashda biosensorlar.[18] Gözenekli silika Stöber materiallari dasturlarga ega kataliz[19] va suyuq xromatografiya[20] ularning balandligi tufayli sirt maydoni va ularning bir xil, sozlanishi va juda tartibli gözenekli tuzilmalari. Juda samarali issiqlik izolyatorlari sifatida tanilgan aerogellar shuningdek, Stöber usullari yordamida tayyorlanishi mumkin,[15] va kremniy bo'lmagan aerogel tizimlarini tayyorlash uchun Stöber texnikasi qo'llanilgan.[21] Qo'llash superkritik quritish texnikasi, a bilan Stöber silika aerigel o'ziga xos sirt maydoni 700 m dan2 g−1 va zichligi 0,040 g sm−3 tayyorlanishi mumkin.[22] NASA har ikkala uchun ham Stöber-protsess yondashuvi bilan kremniy aerogellarini tayyorladi Mars Pathfinder va Yulduz missiyalar.[23]

Bir bosqichli jarayon

Soddalashtirilgan tasvirlash gidroliz va kondensatsiya ning TEOS Stöber jarayonida

Stöber jarayoni a sol-gel tayyorlashga yondashish monodispers (bir xil) sferik kremniy (SiO
2) Verner Stöber boshchiligidagi guruh tomonidan ishlab chiqilgan va 1968 yilda xabar berilgan materiallar.[1] Gerxard Kolbening 1956 yil nomzodlik dissertatsiyasida tasvirlangan tadqiqot jarayoni, evolyutsiyasi va kengayishi. dissertatsiya,[24] 50 yildan ko'proq vaqt o'tgach ham keng qo'llaniladigan innovatsion kashfiyot edi.[3] Silika kashshof tetraetil ortosilikat (Si (OVa boshqalar )
4, TEOS) bu gidrolizlangan spirtli ichimliklarda (odatda metanol yoki etanol ) ishtirokida ammiak kabi katalizator:[1][25]

Reaksiya natijasida etanol va etoksi aralashmasi hosil bo'ladisilanollar (kabi Si (OEt)
3OH, Si (OEt)
2(OH)
2va hatto Si (OH)
4), keyin mumkin zichlash TEOS yoki boshqa silanol bilan spirtli ichimliklar yoki suv yo'qolishi bilan:[25]

Keyinchalik etoksi guruhlarining gidrolizlanishi va keyingi kondensatsiya olib keladi o'zaro bog'liqlik. Bu bir bosqichli jarayon chunki gidroliz va kondensatsiya reaktsiyalari bitta reaksiya idishida birgalikda sodir bo'ladi.[1]

Jarayon beradi mikroskopik zarralari kolloid diametri 50 dan 2000 gacha bo'lgan silikanm; zarracha o'lchamlari bilan juda bir xil tarqatish kabi shartlarni tanlash bilan belgilanadi reaktiv konsentratsiyalar, katalizatorlar va harorat.[2] Kattaroq zarrachalar suv va ammiak kontsentratsiyasini oshirganda hosil bo'ladi, ammo natijada zarracha tarqalishi kengayadi.[26] TEOS ning dastlabki kontsentratsiyasi hosil bo'lgan zarralar hajmiga teskari proportsionaldir; Shunday qilib, o'rtacha miqdordagi yuqori kontsentratsiyalar ko'pligi sababli kichikroq zarrachalarga olib keladi yadrolanish saytlar, lekin o'lchamlarning kattaroq tarqalishi bilan. Noto'g'ri shaklga ega bo'lgan zarralar dastlabki prekursor konsentratsiyasi juda yuqori bo'lganda paydo bo'lishi mumkin.[26] Jarayon haroratga bog'liq, sovutish bilan (va shuning uchun sekinroq) reaktsiya tezligi ) zarrachalarning o'rtacha kattaligining monotonik o'sishiga olib keladi, ammo haddan tashqari past haroratlarda o'lchamlarning tarqalishini nazorat qilish mumkin emas.[2]

Ikki bosqichli jarayon

1999 yilda Cédric Boissiere va uning jamoasi ikki pog'onali jarayonni ishlab chiqdilar, bunda pH darajasi past bo'lgan gidroliz (1 - 4) kondensatsiya reaktsiyasi boshlangunga qadar natriy ftorid (NaF).[7] Ikki bosqichli protsedura a qo'shilishini o'z ichiga oladi ion bo'lmagan sirt faol moddasi oxir-oqibat ishlab chiqarish uchun shablon mezoporous kremniy zarralar.[8] Gidroliz va kondensatsiya reaktsiyalarini ketma-ketlikning asosiy afzalligi - bu to'liqlikni ta'minlash qobiliyatidir bir xillik sirt faol moddasi va kashshof TEOS aralashmasi. Binobarin, mahsulot zarralarining diametri va shakli, shuningdek teshik hajmi faqat tomonidan belgilanadi reaktsiya kinetikasi va kiritilgan natriy ftorid miqdori; Ftoridning nisbatan yuqori darajalari ko'p miqdordagi nukleatsiya joylarini va shu sababli kichik zarralarni hosil qiladi.[7] Gidroliz va kondensatlanish jarayonini ajratish mahsulotni boshqarish darajasini bir pog'onali Stöber jarayoni bilan ta'minlanganidan ancha ustun qiladi va zarrachalar hajmi deyarli to'liq natriy florid-TEOS nisbati bilan boshqariladi.[7]

Ikki bosqichli Shtober jarayoni TEOS, suv, spirt va noiyonik sirt faol moddalar aralashmasidan boshlanadi. xlorid kislota a hosil qilish uchun qo'shiladi mikroemulsiya.[9] Bu eritma gidroliz tugaguniga qadar, xuddi Stober jarayonidagi kabi, ammo katalizator sifatida ammiak o'rnini bosadigan xlorid kislotasi bilan turishga ruxsat beriladi. Hosil bo'lgan bir hil eritmaga natriy ftorid qo'shiladi va kondensatlanish reaktsiyasini yadro urug 'vazifasini bajaradi.[7] Kremniy zarralari filtrlash yo'li bilan yig'iladi va kaltsiylangan ioniy bo'lmagan sirt faol moddalar shablonini yonish yo'li bilan olib tashlash, natijada mezoporous silika mahsuloti.

Jarayon uchun shartlarni tanlash, bir bosqichli yondashuv singari, teshiklarning o'lchamlarini, zarrachalar diametrini va ularning taqsimlanishini boshqarishga imkon beradi.[8] O'zgartirilgan jarayonning g'ovakliligi shishiruvchi vositani kiritish, haroratni tanlash va natriy florid katalizatori miqdorini boshqarish orqali boshqariladi. Shishgan vosita (masalan mesitilen ) hajmining oshishiga va shu sababli teshiklarning hajmiga olib keladi, ko'pincha hal qiluvchi assimilyatsiya, lekin tizimdagi agentning eruvchanligi bilan cheklanadi.[9] Teshik o'lchamlari to'g'ridan-to'g'ri haroratga qarab o'zgaradi,[7] sirt faol moddasining pastki qismi bilan bog'langan bulutli nuqta va qaynash harorati suv. Natriy ftorid konsentratsiyasi g'ovaklikning to'g'ridan-to'g'ri, ammo chiziqli bo'lmagan o'zgarishlarini keltirib chiqaradi, qo'shilgan ftor konsentratsiyasi yuqori chegaraga qarab ta'sir kamayadi.[27]

Kinetika

LaMer modeli kinetika shakllanishining gidrosollar[5] monodispers tizimlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi,[28] va dastlab Shtober jarayoni bunga ergashgan deb taxmin qilingan edi monomer qo'shimcha model.[6] Ushbu model tezkor portlashni o'z ichiga oladi yadrolanish zarrachalar o'sadigan barcha joylarni hosil qiladi, so'ngra gidroliz bilan trietilsilanol monomerlarining yadrolanish joylariga kondensatsiyalanish tezligini cheklovchi bosqichi sifatida davom etadi.[29] Monodispers zarrachalarining o'lchamlarini ishlab chiqarish TEOSning diffuziya bilan cheklangan massa o'tkazilishi natijasida katta zarrachalarda sekinroq sur'atlarda sodir bo'ladigan monomer qo'shilishi bilan bog'liq.[30] Biroq, eksperimental dalillar shuni ko'rsatadiki, gidrolizlangan TEOS kontsentratsiyasi reaktsiyaning oxirigacha nukleatsiya uchun zarur bo'lgan darajadan yuqori bo'lib qoladi va urug'langan o'sish yadrolarining kiritilishi monomer qo'shish jarayonining kinetikasiga mos kelmaydi. Binobarin, LaMer modeli orqali o'sishga asoslangan kinetik model foydasiga rad etildi zarralarni birlashtirish.[4]

Birlashuvga asoslangan model asosida birlashma zarrachalarning o'sishiga olib keladigan joyda doimiy ravishda nukleatsiya joylari hosil bo'ladi va so'riladi.[31] Nukleatsiya joylarining hosil bo'lishi va birlashayotgan zarralar orasidagi o'zaro ta'sir energiyasi reaktsiyaning umumiy kinetikasini belgilaydi.[32] Nukleatsiya joylarining hosil bo'lishi quyidagi tenglamaga amal qiladi:[31]

Qaerda J nukleatsiya darajasi, k1 va k2 H kontsentratsiyasiga asoslangan tezlik konstantalari2O va NH3 va gs silika kashshofi miqdoriga asoslangan normallashtirish koeffitsientidir. Ushbu birikmalarning kontsentratsiya nisbatlarini sozlash nukleatsiya joylari ishlab chiqarish tezligiga bevosita ta'sir qiladi.[31]

Nukleatsiya joylarini zarralar orasidagi birlashishiga ularning o'zaro ta'sir energiyalari ta'sir qiladi. Umumiy ta'sir o'tkazish energiyasi uchta kuchga bog'liq: elektrostatik shunga o'xshash ayblovlarni qaytarish, furgon der Waals zarralar orasidagi tortishish va ularning ta'siri halollik.[32] Ushbu o'zaro ta'sir energiyalari (quyida keltirilgan tenglamalar) zarrachalarni birlashish jarayonini tavsiflaydi va nima uchun Styober jarayoni bir xil o'lchamdagi zarralarni hosil bo'lishini namoyish etadi.

Van der Valsni jalb qilish kuchlari quyidagi tenglama bilan boshqariladi:[32]

Qaerda AH bo'ladi Hamaker doimiy, R bu ikki zarracha markazlari orasidagi masofa va a1, a2 ikkita zarrachaning radiusi. Elektrostatik itarish kuchi uchun tenglama quyidagicha:[32]

qayerda

Qaerda ε bo'ladi dielektrik doimiyligi o'rta, kB bu Boltsmanning doimiysi, e bo'ladi elementar zaryad, T bo'ladi mutlaq harorat, κ teskari Debye uzunligi 1: 1 elektrolit uchun, x zarrachalar orasidagi (o'zgaruvchan) masofa va φ0 sirt potentsialidir. Umumiy ta'sir o'tkazish energiyasining yakuniy komponenti bu solvatsiyani qaytarishdir, u quyidagicha:[32]

Qaerda As eksponentgacha bo'lgan omil (1,5 × 10)−3 J m−2) va L parchalanish uzunligi (1 × 10)−9 m).

O'sishni boshqariladigan yig'ish uchun ushbu model eksperimental kuzatuvlarga mos keladi kichik burchakli rentgen nurlari texnikasi[33] va dastlabki shartlar asosida zarrachalarning o'lchamlarini aniq prognoz qiladi. Bundan tashqari, mikrogravitatsion tahlilni o'z ichiga olgan texnikalardan olingan eksperimental ma'lumotlar[34] va o'zgaruvchan pH tahlili[35] umumiy o'sish modelining bashoratlari bilan rozi bo'ling.

Morfologik variatsiyalar

Shtober jarayoni yordamida bir nechta turli xil tarkibiy va kompozitsion motiflarni tayyorlash mumkin kimyoviy birikmalar uchun reaktsiya aralashmasi. Ushbu qo'shimchalar silika bilan o'zaro ta'sirlashishi mumkin kimyoviy va / yoki jismoniy reaktsiya paytida yoki undan keyin degan ma'noni anglatadi, bu sezilarli o'zgarishlarga olib keladi morfologiya silika zarralari.

Mezoporozli kremniy

TEM tasviri a nanoparta ning mezoporous kremniy

Bir bosqichli Stöber jarayoni ishlab chiqarish uchun o'zgartirilishi mumkin g'ovakli kremniy reaksiya aralashmasiga sirt faol moddasi shablonini qo'shish va hosil bo'lgan zarralarni kaltsiyalash orqali.[36] Amaldagi sirt faol moddalar kiradi Cetrimonium bromid,[37] setiltrimetilammoniy xlorid,[38] va glitserol.[39] Sirt faol moddasi misellar, atrofidagi sferik torli o'sib, sirt faol moddalar va erituvchi bilan to'ldirilgan kanallari bo'lgan zarralar ishlab chiqaradigan, atrofi hidrofob va gidrofil yuzasi bo'lgan kichik sharsimon to'plar.[40] Kalsinlash qattiq moddalar sirt faol moddasi va erituvchi molekulalarining yonishi va / yoki bug'lanishi bilan olib tashlanishiga olib keladi, bu esa o'ngdagi rasmda ko'rinib turganidek, butun struktura bo'ylab mezopore bo'shliqlarini qoldiradi.[36][40]

Sirt faol moddalarining kontsentratsiyasini o'zgartirish, teshiklarning diametri va hajmini va shu bilan mahsulot materialining sirtini boshqarishga imkon beradi.[37] Sirt faol moddalar miqdorini ko'paytirish teshiklarning umumiy hajmini va shu sababli zarrachalar sirtini ko'payishiga olib keladi, ammo teshiklarning alohida diametrlari o'zgarishsiz qoladi.[38] Teshiklarning diametrini o'zgartirishga sirt faol moddalar kontsentratsiyasiga nisbatan ishlatiladigan ammiak miqdorini o'zgartirish orqali erishish mumkin; qo'shimcha ammiak kattaroq diametrli teshiklarga olib keladi, ammo teshiklarning umumiy hajmi va zarralar yuzasi mos ravishda kamayadi.[37] Reaksiya davom etadigan vaqt g'ovakliligiga ham ta'sir qiladi, reaktsiyaning kattaroq vaqtlari teshiklarning umumiy hajmi va zarrachalar yuzasi oshishiga olib keladi. Uzunroq reaktsiya vaqtlari, shuningdek, silika zarralari umumiy hajmining oshishiga va shu bilan o'lchov taqsimotining bir xilligining pasayishiga olib keladi.[37]

Makroporoz monolit

Ning qo'shilishi polietilen glikol (PEG) jarayoni silika zarralarini a ga birlashishiga olib keladi makroporozik monolit morfologiyaga kirishga imkon beruvchi doimiy blok.[10] Bilan PEG polimerlari allil yoki silil molekulyar og'irligi 2000 g mol dan katta bo'lgan so'nggi guruhlar−1 talab qilinadi. Stöber jarayoni neytral pH sharoitida boshlanadi, shuning uchun PEG polimerlari o'sib boruvchi zarrachalarning tashqi qismida to'planib, barqarorlikni ta'minlaydi. Agregatlar etarlicha katta bo'lgandan so'ng, PEG stabillashgan zarralar aloqa qiladi va PEG zanjirlari orasidagi "yopishqoq agregatsiya" orqali qaytarilmas birlashadi.[10] Bu oxirigacha davom etadi flokulyatsiya barcha zarrachalar paydo bo'ldi va monolit hosil bo'ldi, bu vaqtda monolit bo'lishi mumkin kaltsiylangan va PEG olib tashlandi, natijada makroporous silika monolitiga olib keldi. Ikkala zarracha kattaligi va yopishqoq agregatsiya PEG ning molekulyar og'irligi va kontsentratsiyasini o'zgartirish orqali boshqarilishi mumkin.

Qobiq yadrosi zarralari

Bir nechta qo'shimchalar, shu jumladan polistirol,[11] siklen,[12] va poliaminlar,[13] Stöber jarayoniga qobiq yadrosi silika zarralarini yaratishga imkon beradi. Qobiq yadrosi morfologiyasining ikkita konfiguratsiyasi tasvirlangan. Ulardan biri polistirol kabi muqobil materialning tashqi qobig'i bo'lgan silika yadrosidir. Ikkinchisi - morfologik jihatdan yadrosi poliamin kabi silika qobig'i.

Polistren / silika yadrosi kompozit zarralarini yaratish bir bosqichli Stöber jarayoni orqali silika yadrolarini yaratish bilan boshlanadi. Yaratilgandan so'ng, zarralar bilan ishlov beriladi oleyk kislota, bu sirt bilan reaksiyaga kirishish uchun taklif qilingan silanol guruhlar.[11] Stiren shunday polimerlangan yog 'kislotasi bilan modifikatsiyalangan silika yadrolari atrofida. Kremniy yadrolarining kattaligi bo'yicha, stirol polimerlanadi va ular atrofida teng hosil bo'lgan kompozit zarralar bir xil darajada bo'ladi.[11]

Tsiklen va boshqa poliamin bilan hosil bo'lgan silika qobig'ining zarralari ligandlar juda boshqacha uslubda yaratilgan. Poliaminlar Stöber reaktsiyasiga TEOS kashshofi bilan birga dastlabki bosqichlarda qo'shiladi.[13] Ushbu ligandlar TEOS prekursori bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada gidroliz tezligi oshadi; ammo, natijada ular hosil bo'lgan kremniy tarkibiga kiradi kolloidlar.[12] Ligandlarda bir nechta azot uchastkalari mavjud, ular tarkibida TEOSning gidrolizlangan so'nggi guruhlari bilan o'zaro aloqada bo'lgan yolg'iz elektron juftlari mavjud. Binobarin, silika ularni o'z ichiga olgan ligandlar atrofida zichlashadi. Keyinchalik, silika / ligand kapsulalari bir-biriga yopishib, kattaroq zarralarni hosil qiladi. Ligandning barchasi reaksiya natijasida iste'mol qilingandan so'ng, silika / ligand nanozarrachalarining tashqi atrofida qolgan TEOS agregatlari hosil bo'lib, qattiq silika tashqi qobig'ini hosil qiladi.[12] Natijada paydo bo'lgan zarrada qattiq kremniy qobig'i va silika bilan o'ralgan ligandlarning ichki yadrosi mavjud. Zarrachalar yadrolari va chig'anoqlarining o'lchamlari reaktsiyalarga qo'shilgan dastlabki konsentratsiyalar bilan birga ligandlar shaklini tanlash orqali boshqarilishi mumkin.[13]

Uglerodli sharlar

Sodberga o'xshash jarayon yordamida monodispersli uglerodli sharlarni ishlab chiqarish uchun foydalanilgan rezortsinol -formaldegid silika kashshofi o'rniga qatron.[14] O'zgartirilgan jarayon silliq yuzalar va diametri 200 dan 1000 nm gacha bo'lgan uglerod sharlarini ishlab chiqarishga imkon beradi.[14] Silika asosidagi Styber jarayonidan farqli o'laroq, bu reaksiya neytral pH darajasida yakunlanadi va ammiak o'z-o'zidan paydo bo'lishining oldini olish orqali uglerodning alohida zarralarini barqarorlashtirishda muhim rol o'ynaydi.yopishqoqlik va agregatsiya, shuningdek katalizator vazifasini bajaradi.[41]

Afzalliklari va ilovalari

Bir blok aerogel, "qattiq ko'k tutun",[42] o'zini juda engil vazn kabi his qiladi ko'pik teginish uchun

Stöber jarayonining asosiy afzalliklaridan biri shundaki, u deyarli monodispers bo'lgan silika zarralarini hosil qilishi mumkin,[16] va shu bilan kolloid hodisalarni o'rganishda foydalanish uchun ideal modelni taqdim etadi.[15] Bu birinchi marta nashr etilgan kashshof kashfiyot bo'lib, boshqariladigan kattalikdagi sferik monodispers silikat zarralarini sintez qilishga imkon berdi va 2015 yilda ham eng ko'p ishlatiladigan bo'lib qolmoqda nam kimyo kremniy nanozarrachalariga yondashish.[3] Jarayon, shu jumladan dasturlar uchun silika nanozarralarini tayyorlashga qulay yondashuvni taqdim etadi hujayra ichidagi dorilarni etkazib berish[17] va biosensing.[18] O'zgartirilgan Styber jarayonlari tomonidan tayyorlangan mezoporozli kremniy nanopartikullari sohasida qo'llanilgan kataliz[19] va suyuq xromatografiya.[20] Monodisperslikdan tashqari, ushbu materiallar juda katta sirt maydonlari shuningdek, bir xil, sozlanishi va juda buyurtma qilingan gözenekli tuzilmalar,[20] mezoporous silisani ushbu dasturlar uchun o'ziga xos jozibali qiladi.

A 10mkm tomonidan ushlangan meteoroid zarrasi EURECA tomonidan ishga tushirilgan kosmik kemalar STS-46 aerogel blokida[23]
Bu NASA kremniy aerogel[23] a issiqlik izolyatori Bu qalamlarni a dan himoya qilish uchun etarlicha kuchli Bunsen burner alanga[43]

Aerogellar juda gözeneklidir juda engil materiallar unda suyuqlik a komponenti jel bilan almashtirildi gaz,[44] va nihoyatda samarali bo'lgan qattiq moddalar ekanligi bilan e'tiborga loyiqdir issiqlik izolyatorlari[43][45] juda past bilan zichlik.[46] Aerogellarni turli usullar bilan tayyorlash mumkin, garchi ularning ko'pchiligi kremniy kremiga asoslangan bo'lsa ham,[45] asosida materiallar zirkoniya, titaniya, tsellyuloza, poliuretan va rezortsinol —formaldegid boshqalar qatorida tizimlar haqida xabar berilgan va o'rganilgan.[47] Silika asosidagi aerelgelning asosiy kamchiliklari uning mo'rtligidadir NASA ularni izolyatsiya qilish uchun ishlatgan Mars sayohatchilari,[48] The Mars Pathfinder va ular adyollarni izolyatsiya qilish uchun va shaffof kunduzgi yoritish panellari uchun shisha oynalar o'rtasida savdo sifatida ishlatilgan.[45] Stöber jarayoni bilan tayyorlangan zarracha jellari tezda suvsizlanib, yuqori samarali silika aerogellari hosil bo'ladi, shuningdek kserogellar.[15] Ularning asosiy bosqichi - foydalanish superkritik suyuqlik chiqarish odatda bilan bajariladigan jel tuzilishini saqlab turganda suvni jeldan olib tashlash uchun superkritik karbonat angidrid,[45] NASA kabi.[23] Olingan aerogellar juda samarali issiqlik izolyatoridir, chunki ular juda kichik teshikchalar bilan g'ovakliligi yuqori nanometr qator). Gaz fazasi orqali issiqlik o'tkazuvchanligi yomon va struktura havo molekulalarining struktura orqali harakatlanishini katta darajada inhibe qilganligi sababli, material orqali issiqlik o'tkazuvchanligi yomon,[45] o'ngdagi rasmda ko'rinib turganidek, Bunsen burneridan issiqlik shu qadar past darajada uzatadiki, aerogel ustiga yotgan qalamchalar erimaydi.[43] Tarkibida zichligi past bo'lganligi sababli, yulduzlararo chang zarralarini sekinlashtiradigan minimal issiqlik o'zgarishi bilan (zarralardagi issiqlik ta'sirida o'zgarishni oldini olish uchun) tutib olish uchun aerogellardan ham foydalanilgan. Stardust missiyasi.[23]

Silika aerelini ishlab chiqarish usullaridan biri o'zgartirilgan Stöber jarayonidan foydalanadi va superkritik quritish. Mahsulot paydo bo'ladi shaffof natijasida ko'k rang bilan Rayleigh sochilib ketmoqda; yorug'lik manbai oldiga qo'yilganda, u tufayli sarg'ayadi Mie sochilib ketdi.[22] Ushbu aerogelning yuzasi 700 m2 g−1 va zichligi 0,040 g sm−3;[22] kontrasti bilan havo zichligi 0,0012 g sm−3 (15 ° C va 1 daatm ). Silika aerogellari tarkibidagi materiallar xususiyatlari uchun 15 ta yozuv mavjud Ginnesning rekordlar kitobi 2011 yilda, shu bilan birga eng yaxshi izolyator va eng past zichlikdagi qattiq moddalar uchun aerografit so'nggi unvonni 2012 yilda olgan.[49] Aerografiya, xona harorati havosining atigi 13% zichligi va undan kam zichligi bilan geliy 2013 yilda ishlab chiqarilgan eng past zichlikka ega bo'lgan qattiq gazga aylandi.[50][51] Silikon bo'lmagan tizimlarda aerogellarni tayyorlashda Styberga o'xshash usullar qo'llanilgan.[21] NASA strukturani mustahkamlash uchun polimer qoplamali silika aerogellarini ishlab chiqdi,[48] bir xil zichlik uchun taxminan ikki daraja kuchliroq material ishlab chiqaradi, shuningdek egiluvchan va egiluvchan ingichka plyonka shaklida hosil bo'lishi mumkin bo'lgan polimer aerogellarni ishlab chiqaradi.[45]

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d e Stöber, Verner; Fink, Artur; Bohn, Ernst (1968 yil yanvar). "Monodispers silika sharlarining mikron o'lchamlari oralig'ida boshqariladigan o'sishi". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 26 (1): 62–69. Bibcode:1968 JCIS ... 26 ... 62S. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  2. ^ a b v Bogush, G.H .; Treysi, M.A .; Zukoski, C.F. (1988 yil avgust). "Monodispers silikat zarralarini tayyorlash: hajmi va massa ulushini boshqarish". Kristal bo'lmagan qattiq moddalar jurnali. 104 (1): 95–106. Bibcode:1988JNCS..104 ... 95B. CiteSeerX  10.1.1.471.9863. doi:10.1016/0022-3093(88)90187-1.
  3. ^ a b v d Kiklebik, Gvido (2015). "Nanozarralar va kompozitsiyalar". Levida, Dovud; Zayat, Markos (tahrir). Sol-Gel qo'llanmasi: sintez, tavsif va qo'llanilishi. 3. John Wiley & Sons. 227–244 betlar. ISBN  9783527334865.
  4. ^ a b Bogush, GH; Zukoski, CF (1991 yil mart). "Kremniy alkoksidlarining gidrolizi va kondensatsiyasi orqali bir xil silika zarralarini cho'ktirish kinetikasini o'rganish". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 142 (1): 1–18. Bibcode:1991 yil JCIS..142 .... 1B. doi:10.1016/0021-9797(91)90029-8.
  5. ^ a b LaMer, Viktor K.; Dinegar, Robert H. (1950). "Monodispersli gidrosollarning nazariyasi, ishlab chiqarilishi va shakllanish mexanizmi". J. Am. Kimyoviy. Soc. 72 (11): 4847–4854. doi:10.1021 / ja01167a001.
  6. ^ a b Matsukas, T; Gulari, Erdo'g'an (1988 yil iyul). "Tetra-etil-ortosilikatning ammiak-katalizlangan gidrolizidan silika zarralarining o'sish dinamikasi". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 124 (1): 252–261. Bibcode:1988 yil JCIS..124..252M. doi:10.1016/0021-9797(88)90346-3. hdl:2027.42/27243.
  7. ^ a b v d e f g Boissier, Cédric; van der Li, Ari; Mansuriy, Abdeslom El; Larbot, Andre; Prouzet, Erik (1999). "Mezoporous mikrometrik sferik MSU-X silika zarrachalarining ikki bosqichli sintezi". Kimyoviy aloqa (20): 2047–2048. doi:10.1039 / A906509A.
  8. ^ a b v Boissier, Cédric; Larbot, Andre; van der Li, Ari; Kooyman, Patrisiya J.; Prouzet, Erik (2000 yil oktyabr). "Ikki bosqichli yo'l bilan boshqariladigan Mesoporous MSU-X kremniy oksidining yangi sintezi". Materiallar kimyosi. 12 (10): 2902–2913. doi:10.1021 / cm991188s.
  9. ^ a b v Prouzet, Erik; Boissiere, Cédric (2005 yil mart). "Ikki bosqichli jarayon bilan olingan mezoporozli MSU-X kremniy oksidini ajratish jarayonlarida sintezi, tuzilishi va qo'llanilishi to'g'risida ko'rib chiqish". Comptes Rendus Chimie. 8 (3–4): 579–596. doi:10.1016 / j.crci.2004.09.011.
  10. ^ a b v Cademartiri, Rebekka; Bruk, Maykl A.; Pelton, Robert; Brennan, Jon D. (2009). "Yopishqoq" Stöber jarayoni "yordamida makroporous kremniy. Materiallar kimyosi jurnali. 19 (11): 1583. doi:10.1039 / B815447C. S2CID  94969948.
  11. ^ a b v d Ding, Xuefeng; Chjao, Tszinze; Liu, Yanxua; Chjan, Xengbin; Vang, Zichen (2004 yil oktyabr). "Sirt payvandlash va in situ-emulsiya polimerizatsiyasi orqali polistirol bilan kapsüllangan silika nanozarralari". Materiallar xatlari. 58 (25): 3126–3130. doi:10.1016 / j.matlet.2004.06.003.
  12. ^ a b v d Masse, Silvi; Loran, Giyom; Koradin, Tibo (2009). "Shtober jarayonida tsiklik poliaminlarning silika hosil bo'lishiga ta'siri". Fizik kimyo Kimyoviy fizika. 11 (43): 10204–10. Bibcode:2009PCCP ... 1110204M. doi:10.1039 / B915428K. PMID  19865778. S2CID  37342876.
  13. ^ a b v d Masse, Silvi; Loran, Giyom; Chuburu, Fransua; Kadiou, Kiril; Dekam, Izabel; Koradin, Tibo (2008 yil aprel). "Polyumakakrosikl tomonidan Styber jarayonini g'ayrioddiy yadroga olib keladigan − Shell Silica Nanoparticles" modifikatsiyasi ". Langmuir. 24 (8): 4026–4031. doi:10.1021 / la703828v. PMID  18303930.
  14. ^ a b v Liu, Dzian; Qiao, Shi Chjan; Liu, Xao; Chen, iyun; Orpe, Ajay; Chjao, Dongyuan; Lu, Gao Tsin Maks (2011 yil 20-iyun). "Monodispers resortsinol-formaldegid qatroni polimerini va uglerodli sferalarni tayyorlash uchun Styber usulini kengaytirish". Angewandte Chemie International Edition. 50 (26): 5947–5951. doi:10.1002 / anie.201102011 yil. PMID  21630403.
  15. ^ a b v d Berg, Jon C. (2009). "Kolloid tizimlar: fenomenologiya va tavsiflash". Interfeyslarga va kolloidlarga kirish: Nanologiyaga ko'prik. Jahon ilmiy nashriyoti. 367–368, 452–454-betlar. Bibcode:2009iicb.book ..... B. ISBN  9789813100985.
  16. ^ a b Boday, Dilan J.; Vertz, Jeyson T.; Kuchinski, Jozef P. (2015). "Silis nanopartikullarini asosiy metallning korroziyasini oldini olish uchun funktsionalizatsiyasi". Kongda Erik S. V. (tahrir). Nanomateriallar, polimerlar va qurilmalar: materiallarning funktsionalizatsiyasi va qurilmalarni ishlab chiqarish. John Wiley & Sons. 121-140 betlar. ISBN  9781118866955.
  17. ^ a b Quignard, Sandrine; Masse, Silvi; Koradin, Tibo (2011). "Silika asosidagi nanozarralar hujayra ichidagi dorilarni etkazib berish uchun". Prokopda, Ales (tahr.). Uyali etkazib berish: asoslari va qo'llanilishi. Springer Science & Business Media. 333–361 betlar. doi:10.1007/978-94-007-1248-5_12. ISBN  9789400712485.
  18. ^ a b Ju, Xuansyan; Xueji, Chjan; Vang, Jozef (2011). "Sol-gel nanopartikulyar matritsalariga asoslangan biosensorlar". NanoBiosensing: tamoyillari, rivojlanishi va qo'llanilishi. Springer Science & Business Media. 305-332 betlar. doi:10.1007/978-1-4419-9622-0_10. ISBN  9781441996220.
  19. ^ a b Giraldo, L. F .; Lopes, B. L.; Peres, L .; Urrego, S .; Sierra, L .; Mesa, M. (2007 yil noyabr). "Mezoporous Silica dasturlari". Makromolekulyar simpozium. 258 (1): 129–141. doi:10.1002 / masy.200751215.
  20. ^ a b v Pinnavaia, T.J .; Sayari, Abdel; Jaroniec, M. (2000 yil 14 aprel). Nanoporous materiallar II. Elsevier. 747-55 betlar. ISBN  978-0-08-053726-9.
  21. ^ a b Tsyu, Bocheng; Xing, Mingyan; Zhang, Jinlong (2015). "Steberga o'xshash ult-yengil, gözenekli, cho'ziluvchan Fe sintez qilish usuli2O3/ foto-Fenton reaktsiyasida va elektrokimyoviy kondensatorlarda juda yaxshi ishlashi uchun grafen aerogellari ". J. Mater. Kimyoviy. A. 3 (24): 12820–12827. doi:10.1039 / C5TA02675J.
  22. ^ a b v Shtayner, Stiven. "Silica Airgel (TEOS, asosiy katalizlangan)". aerogel.org. Olingan 21 noyabr 2016.
  23. ^ a b v d e "Airgel". NASA Stardust missiyasi. Reaktiv harakatlanish laboratoriyasi, NASA. 2005 yil 31 mart. Olingan 11 dekabr 2016. Airgel eritgichlar bilan to'ldirilgan kolloid silika strukturaviy bo'linmalaridan tashkil topgan jelni yuqori harorat va bosimga qarshi nuqtada quritish orqali amalga oshiriladi. Airgel Jet Propulsion Laboratoriyasida (JPL) tayyorlangan va parvozga layoqatli bo'lgan. JPL shuningdek, Mars Pathfinder va Stardust missiyalari uchun aerogel ishlab chiqardi.
  24. ^ Kolbe, Gerxard (1956). Das Komplekschemische Verhalten der Kieselsäure (Ph.D.) (nemis tilida). Fridrix-Shiller-Universität Jena.
  25. ^ a b Van Blaaderen, A; Van Gest, J; Vrij, A (1992 yil dekabr). "Tetraalkoksissilandan monodispers kolloid silika sharlari: zarrachalar hosil bo'lishi va o'sish mexanizmi". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 154 (2): 481–501. Bibcode:1992JCIS..154..481V. CiteSeerX  10.1.1.531.1922. doi:10.1016 / 0021-9797 (92) 90163-G.
  26. ^ a b Van Xelden, A.K .; Jansen, JW; Vrij, A. (iyun 1981). "Noto'g'ri erituvchilarda sferik monodispers silikat dispersiyalarini tayyorlash va tavsifi". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 81 (2): 354–368. Bibcode:1981 yil JCIS ... 81..354V. doi:10.1016/0021-9797(81)90417-3.
  27. ^ Boissier, Cédric; Larbot, Andre; Burga, Klaudi; Prouzet, Erik; Bunton, Klifford A. (2001 yil oktyabr). "Mezoporoz MSU-X silika ikki bosqichli sintezini yig'ish mexanizmini o'rganish". Materiallar kimyosi. 13 (10): 3580–3586. doi:10.1021 / cm011031b.
  28. ^ Sugimoto, Tadao (2006). "Monodispersli zarrachalarning yadrosi va o'sishi: mexanizmlar". Somasundaranda P. (tahrir). Yuzaki va kolloid fanlari entsiklopediyasi. 7 (2-nashr). CRC Press. 4257-442-betlar. doi:10.1081 / E-ESCS-120000865 (faol bo'lmagan 16 oktyabr 2020 yil). ISBN  9780849395741.CS1 maint: DOI 2020 yil oktyabr holatiga ko'ra faol emas (havola)
  29. ^ Matsukas, Themis; Gulari, Erdo'g'an (1989 yil oktyabr). "Monomer-sekin o'sishni boshlash bosqichi bilan o'sish: alkoksidlardan silika zarralari uchun o'sish modeli". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 132 (1): 13–21. Bibcode:1989 yil JCIS..132 ... 13M. doi:10.1016/0021-9797(89)90210-5. hdl:2027.42/27723.
  30. ^ Matsukas, Themis; Gulari, Erdog'an (1991 yil sentyabr). "O'z-o'zini keskinlashtiruvchi taqsimotlar qayta ko'rib chiqildi - monomer qo'shilishi bilan o'sishda polidisperslik". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 145 (2): 557–562. Bibcode:1991 yil JCIS..145..557M. doi:10.1016 / 0021-9797 (91) 90385-L.
  31. ^ a b v Bogush, GH; Zukoski, CF (1991 yil mart). "Silisik zarrachalarning bir xil yog'inlanishi: agregativ o'sish modeli". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 142 (1): 19–34. Bibcode:1991 yil JCIS..142 ... 19B. doi:10.1016 / 0021-9797 (91) 90030-C.
  32. ^ a b v d e Li, Kangtaek; Sathyagal, Arun N.; Makkormik, Alon V. (1998 yil dekabr). "Shtober jarayonining yig'ilish modelini batafsil ko'rib chiqish". Kolloidlar va yuzalar A: Fizik-kimyoviy va muhandislik aspektlari. 144 (1–3): 115–125. doi:10.1016 / S0927-7757 (98) 00566-4.
  33. ^ Boukari, H .; Lin, J.S .; Xarris, M.T. (Oktyabr 1997). "Alkoksidlardan kolloid silika zarralari hosil bo'lishining kichik burchakli rentgen nurlanishini o'rganish: birlamchi zarralarmi yoki yo'qmi?". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 194 (2): 311–318. Bibcode:1997 yil JCIS..194..311B. doi:10.1006 / jcis.1997.5112. PMID  9398411.
  34. ^ Smit, Devid D.; Sibil, Loran; Kroniz, Raymond J.; Xant, Arlon J.; Oldenburg, Stiven J.; Vulf, Doniyor; Halas, Naomi J. (dekabr 2000). "Mikrogravitatsiyaning silika nanostrukturalarining o'sishiga ta'siri". Langmuir. 16 (26): 10055–10060. doi:10.1021 / la000643s. hdl:2060/20010057257.
  35. ^ Vogelsberger, Volfram; Zeydel, Andreas; Breyer, Tilo (2002 yil aprel). "Silikat eritmalarida yopishqoqlik o'lchovlari bilan o'rganilgan pH funktsiyasi sifatida zol zarralarini hosil bo'lish kinetikasi". Langmuir. 18 (8): 3027–3033. doi:10.1021 / la0114878.
  36. ^ a b Grün, Maykl; Lauer, Iris; Unger, Klaus K. (1997 yil mart). "MCM-41 buyurtma qilingan mezoporoz oksidning mikrometr va submikrometr kattalikdagi sferalarini sintezi". Murakkab materiallar. 9 (3): 254–257. doi:10.1002 / adma.19970090317.
  37. ^ a b v d Liu, Shiquan; Lu, Lingchao; Yang, Chjunxi; Salqin, Pegie; Vansant, Etien F. (2006 yil iyun). "Sharsimon MCM-41 uchun o'zgartirilgan Stöber usuli bo'yicha qo'shimcha tekshiruvlar". Kimyo va fizika materiallari. 97 (2–3): 203–206. doi:10.1016 / j.matchemphys.2005.09.003.
  38. ^ a b Kambara, Kumiko; Shimura, Naoki; Ogawa, Makoto (2007). "Shtober usuli bilan Surfaktant-Templated Nanoporous Silica Sharsimon zarrachalarning yirik ko'lamli sintezlari". Yaponiya seramika jamiyati jurnali. 115 (1341): 315–318. doi:10.2109 / jcersj.115.315.
  39. ^ Vakassi, R .; Flatt, R.J .; Hofmann, H .; Choi, K.S .; Singx, R.K. (2000 yil iyul). "Mikroporusli silika sferalari sintezi". Kolloid va interfeys fanlari jurnali. 227 (2): 302–315. Bibcode:2000JCIS..227..302V. doi:10.1006 / jcis.2000.6860. PMID  10873314.
  40. ^ a b Xoda, Xezer; Gandehari, Hamidreza (2016). "Tasvirlash va dori-darmonlarni etkazib berish uchun silikon nanomateriallarning sintetik va toksikologik xususiyatlari". Sitharamanda Balaji (tahrir). Nanobiomateriallar uchun qo'llanma. CRC Press. p. 6-4. ISBN  9781420094671.
  41. ^ Lu, An-Xuy; Xao, Guang-Ping; Sun, Qiang (2011 yil 19 sentyabr). "Shtober usuli bilan uglerodli sferalarni yaratish mumkinmi?". Angewandte Chemie International Edition. 50 (39): 9023–9025. doi:10.1002 / anie.201103514. PMID  21919134.
  42. ^ "Airgel - Mystifying Blue Smoke" (PDF). Reaktiv harakatlanish laboratoriyasi, NASA. Olingan 23 noyabr 2016.
  43. ^ a b v "Aerogellar haddan tashqari haroratga qarshi izolyatsiya qiladi". NASA Spinoff texnologiyasini uzatish dasturi. 2010. Olingan 11 dekabr 2016.
  44. ^ Zollar, gellar, tarmoqlar va noorganik-organik gibrid materiallarning tuzilishi va qayta ishlanishiga taalluqli atamalarning ta'riflari (IUPAC tavsiyalari 2007). Sof va amaliy kimyo. 79. 2007. 1801-1829 betlar. doi:10.1351 / oltin kitob.A00173. ISBN  978-0-9678550-9-7.
  45. ^ a b v d e f Vuds, Tori (2011 yil 28-iyul). "Aerogels: yupqaroq, engilroq, kuchliroq". Glenn tadqiqot markazi, NASA. Olingan 22 noyabr 2016.
  46. ^ NASA (2002 yil 7-may). "Ginnes rekordlari - JPL Airgel dunyosidagi eng engil qattiq moddalar". Reaktiv harakatlanish laboratoriyasi. Arxivlandi asl nusxasidan 2009 yil 25 mayda. Olingan 25 may 2009.
  47. ^ Aegerter, Mishel A.; Leventis, Nikolay; Koebel, Matias M., nashr. (2011). Aerogels qo'llanmasi. Sol-geldan olinadigan materiallar va texnologiyalarning yutuqlari. Springer Science & Business Media. ISBN  9781441975898.
  48. ^ a b Meador, Meri Ann B. (2011). "Polimer bilan mustahkamlangan aerogellarning elastik xususiyatlarini yaxshilash". Aegerterda Mishel A.; Leventis, Nikolay; Koebel, Mattias M. (tahrir). Aerogels qo'llanmasi. Sol-geldan olinadigan materiallar va texnologiyalarning yutuqlari. Springer Science & Business Media. 315-334 betlar. doi:10.1007/978-1-4419-75898-8_15 (faol bo'lmagan 16 oktyabr 2020 yil). ISBN  9781441975898.CS1 maint: DOI 2020 yil oktyabr holatiga ko'ra faol emas (havola)
  49. ^ Meklenburg, Matthias (2012). "Aerographite: Ultra engil, egiluvchan nanowall, ajoyib mexanik ko'rsatkichlarga ega bo'lgan uglerodli mikrotub materiallari". Murakkab materiallar. 24 (26): 3486–3490. doi:10.1002 / adma.201200491. PMID  22688858.
  50. ^ "Zhejiang universiteti laboratoriyasida ultra yengil Airgel ishlab chiqarilgan". Chjetszyan universiteti. 19 Mart 2013. Arxivlangan asl nusxasi 2013 yil 23 mayda. Olingan 21 noyabr 2016.
  51. ^ Uitvam, Rayan (2013 yil 26 mart). "Grafen aerogel - dunyodagi eng engil material". geek.com. Olingan 21 noyabr 2016.