What is Sol-Gel

What is Sol-Gel ?

  • Sol-Gel: a low temperature process for the materials of the new millennium

A Sol-Gel introduction by Jean Phalippou - May 2000

GEL Synthesis

There are two main ways to synthesize gels at room temperature.
The first one consists of a common reaction which occurs in nature where silica chemical species diluted in aqueous solutions condense to lead to the formation of silica network. Such a condensation may occur in various aqueous solutions depending on pH and salt concentration. Different morphologies may be obtained and for silica the most known is the precious "opal".
The other way to produce silica from solution corresponds to a chemical reaction implying metal alkoxides and water in an alcoholic solvent. The first reaction is an hydrolysis which induces the substitution of OR groups linked to silicon by silanol Si-OH groups. As previously, these chemical species may react together to form Si-O-Si (siloxane) bonds which lead to the silica network formation. This phase establishes a 3D network which invades the whole volume of the container. Of course, for these two syntheses the liquid used as solvent to perform the different chemical reactions remains within the pores of the solid network. A gel is thus obtained. This two phases material consists of shaped solid exhibiting specific properties.

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  • La chimie sol-gel (video in french)

Video de Guillaume MÜLLER sur le site de l'Université Pierre et Marie Curie : http://www.canal-u.tv/video/upmc/la_chimie_sol_gel.8681

Comment créer du verre à basse température avec des fonctionnalités colorées ou biomimétiques ? Le verre est traditionnellement élaboré à partir de silice fondue au-dessus de 1000° C.
Cependant, en s’inspirant de la nature, des chercheurs ont développé une voie de synthèse pour produire du verre à basse température. Cela permet non seulement de consommer moins d’énergie mais en plus de créer toute une nouvelle gamme de matériaux hybrides inorganiques/ organiques originaux. En effet, la matière organique brûle à 400 °C et ne résiste pas au processus standard de fabrication du verre.
Cette nouvelle voie de synthèse, appelée « sol-gel » comprend deux étapes : l’hydrolyse et la condensation. En présence d’eau, les précurseurs de silice Si(OR)4 s’hydrolysent pour former des espèces Si(OH)4 réactives qui, à travers des réactions successives de polycondensation, conduisent à la formation de gels.
Les applications de ces matériaux sont nombreuses, on peut citer les verres colorés (les lasers à colorants solides), les revêtements fonctionnels sur des vitres hydrophobe crée par biomimétisme et pour la micro-optique et micro-électronique, les capteurs et les bio-capteurs, etc.

Bibliographie :
SOL-GEL CHEMISTRY OF TRANSITION-METAL OXIDES. LIVAGE J, HENRY M, SANCHEZ C, PROGRESS IN SOLID STATE CHEMISTR, 18, 4, 259-341, 1988.
SOL-GEL CHEMISTRY. LIVAGE J, SANCHEZ C, JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, 145, 1-3, 11-19, 1992.

 

  • Others documents

Several articles in the Journal of Sol-Gel Science and Technology http://link.springer.com/journal/10971

http://recherche-technologie.wallonie.be/servlet/Repository/cahier-techno-sol-gel.pdf?IDR=6297

http://depts.washington.edu/solgel/documents/class_docs/MSE502/Sol-Gel_Science_The_physics_and_chemistry_of_sol-gel_processing_-_Brinker_1990.pdf

http://www.uctm.edu/journal/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf

https://www.isgs.org/index.php/new-book-series