Stöber süreci - Stöber process

Stöber süreci hazırlamak için kullanılan kimyasal bir işlemdir silika (SiO
2) parçacıklar[1] kontrol edilebilir ve tek tip boyut[2] içindeki uygulamalar için malzeme bilimi. Öncü oldu[3] 1968'de Werner Stöber ve ekibi tarafından rapor edildiğinde,[1] ve bugün en çok kullanılan ıslak kimya silikaya sentetik yaklaşım nanopartiküller.[3] Bir örnektir sol-jel süreci burada bir moleküler öncü (tipik tetraetilortosilikat ) ilk su ile reaksiyona girdi alkollü bir çözeltide, ortaya çıkan moleküller daha sonra Birlikte katılmak daha büyük yapılar inşa etmek. Reaksiyon, çapları 50 ila 2000 arasında değişen silika parçacıkları üretir.nm koşullara bağlı olarak. Süreç, keşfinden bu yana aktif olarak araştırılmıştır. kinetik ve mekanizma - bir partikül agregasyonu modelin deneysel verilere daha uygun olduğu görülmüştür.[4] başlangıçta varsayılmış LaMer modeline göre.[5][6] Yeni edinilen anlayış, araştırmacıların partikül boyutu ve dağılımı üzerinde yüksek derecede kontrol uygulamasına ve amaçlanan uygulamalara uyması için elde edilen malzemenin fiziksel özelliklerini ince ayarlamasına olanak tanıdı.

1999'da iki aşamalı bir değişiklik rapor edildi[7] kontrollü oluşumuna izin veren küçük delikli silika parçacıkları.[8] İşlem, düşük pH değerinde, bir yüzey aktif molekül. Hidroliz aşaması, bir mikroemülsiyon[9] eklemeden önce sodyum florür -e Başlat yoğunlaşma süreci. iyonik olmayan yüzey aktif madde dır-dir yandı boş gözenekler oluşturmak, yüzey alanını arttırmak ve yüzey özellikleri malzemenin fiziksel özellikleri üzerinde çok daha fazla kontrole izin vererek ortaya çıkan partiküller.[7] Aşağıdakiler gibi daha büyük gözenek yapıları için geliştirme çalışmaları da yapılmıştır. makro gözenekli monolitler[10] kabuk-çekirdek parçacıkları dayalı polistiren,[11] siklen,[12] veya poliaminler,[13] ve karbon küreler.[14]

Stöber işlemi kullanılarak üretilen silika, çalışma için bir model olarak hizmet etmek için ideal bir malzemedir. kolloid fenomen[15] yüzünden tek dağılımlılık partikül boyutlarının (tekdüzelik).[16] Stöber süreci kullanılarak hazırlanan nanopartiküller, aşağıdakiler dahil uygulamalar bulmuştur: ilaçların teslimi -e hücresel yapılar içinde[17] ve hazırlanmasında Biyosensörler.[18] Gözenekli silika Stöber malzemeleri, kataliz[19] ve sıvı kromatografisi[20] yükseklerinden dolayı yüzey alanı ve bunların tek tip, ayarlanabilir ve oldukça düzenli gözenek yapıları. Yüksek etkili termal izolatörler olarak bilinir aerojeller Stöber yöntemleri kullanılarak da hazırlanabilir,[15] ve Stöber teknikleri, silika içermeyen aerojel sistemleri hazırlamak için uygulanmıştır.[21] Uygulanıyor süper kritik kurutma teknikleri, bir Stöber silika aerojeli ile belirli yüzey alanı 700 m2 g−1 ve 0.040 g cm yoğunluk−3 hazırlanabilir.[22] NASA her ikisi için de Stöber-proses yaklaşımıyla silika aerojelleri hazırlamıştır. Mars Yol Bulucu ve Stardust misyonlar.[23]

Tek adımlı süreç

Basitleştirilmiş gösterimi hidroliz ve yoğunlaşma nın-nin TEOS Stöber sürecinde

Stöber süreci bir sol-jel hazırlık yaklaşımı tek dağılımlı (tek tip) küresel silika (SiO
2) Werner Stöber liderliğindeki bir ekip tarafından geliştirilen ve 1968'de rapor edilen malzemeler.[1] Süreç, Gerhard Kolbe'nin 1956 Doktora kitabında açıklanan araştırmanın evrimi ve uzantısı. tez,[24] 50 yıldan fazla bir süre sonra hala geniş uygulamaları olan yenilikçi bir keşifti.[3] Silika öncü tetraetil ortosilikat (Si (OEt )
4, TEOS) hidrolize alkolde (tipik olarak metanol veya etanol ) huzurunda amonyak olarak katalizör:[1][25]

Reaksiyon, etanol ve bir etoksi karışımı üretir.silanoller (gibi Si (OEt)
3OH, Si (OEt)
2(OH)
2, ve hatta Si (OH)
4), daha sonra yoğunlaştırmak TEOS veya alkol veya su kaybı olan başka bir silanol ile:[25]

Etoksi gruplarının daha fazla hidrolizi ve müteakip yoğunlaşma çapraz bağlama. Bu bir tek adımlı süreç hidroliz ve yoğunlaşma reaksiyonları tek bir reaksiyon kabında birlikte meydana geldiğinden.[1]

Süreç sağlar mikroskobik parçacıkları koloidal 50 ile 2000 arasında değişen çaplarda silikanm; partikül boyutları ile oldukça üniform dağıtım gibi koşulların seçimi ile belirlenir reaktan konsantrasyonlar, katalizörler ve sıcaklık.[2] Su ve amonyak konsantrasyonları arttığında daha büyük partiküller oluşur, ancak bunun sonucunda partikül boyutu dağılımı genişler.[26] TEOS'un başlangıç ​​konsantrasyonu, ortaya çıkan partiküllerin boyutu ile ters orantılıdır; bu nedenle, ortalama olarak daha yüksek konsantrasyonlar, daha fazla sayıda olması nedeniyle daha küçük partiküllere yol açar. çekirdeklenme siteleri, ancak daha geniş bir boyut dağılımıyla. Düzensiz şekillere sahip parçacıklar, ilk öncü konsantrasyonu çok yüksek olduğunda ortaya çıkabilir.[26] Süreç, soğutmayla birlikte sıcaklığa bağlıdır (ve dolayısıyla daha yavaştır) reaksiyon oranları ) ortalama partikül boyutunda monoton bir artışa yol açar, ancak boyut dağılımı üzerindeki kontrol aşırı düşük sıcaklıklarda sağlanamaz.[2]

İki aşamalı süreç

1999'da Cédric Boissière ve ekibi, düşük pH'ta (1-4) hidrolizin, kondensasyon reaksiyonunun eklenmesiyle başlatılmadan önce tamamlandığı iki aşamalı bir süreç geliştirdi. sodyum florür (NaF).[7] İki aşamalı prosedür, bir noniyonik yüzey aktif madde sonuçta üretmek için şablon gözenekli silika parçacıklar.[8] Hidroliz ve yoğuşma reaksiyonlarını sıralamanın ana avantajı, tam homojenlik sürfaktan ve öncü TEOS karışımı. Sonuç olarak, ürün partiküllerinin çapı ve şekli ile birlikte gözenek büyüklüğü sadece tarafından belirlenir reaksiyon kinetiği ve katılan sodyum florür miktarı; daha yüksek nispi florür seviyeleri, daha fazla sayıda çekirdeklenme bölgesi ve dolayısıyla daha küçük partiküller üretir.[7] Hidroliz ve yoğunlaştırma işleminin ayrılması, parçacık boyutunun neredeyse tamamen sodyum florür-TEOS oranı tarafından kontrol edilmesiyle, tek adımlı Stöber işleminin sağladığından büyük ölçüde daha üstün bir ürün kontrolü seviyesi sağlar.[7]

İki aşamalı Stöber süreci, TEOS, su, alkol ve iyonik olmayan bir yüzey aktif madde karışımıyla başlar. hidroklorik asit üretmek için eklenir mikroemülsiyon.[9] Bu çözelti, tek adımlı Stöber işleminde olduğu gibi hidroliz tamamlanana kadar beklemeye bırakılır, ancak hidroklorik asit katalizör olarak amonyağın yerini alır. Oluşan homojen çözeltiye sodyum florür ilave edilerek çekirdeklenme tohumu görevi görerek yoğunlaşma reaksiyonu başlatılır.[7] Silika parçacıkları süzülerek toplanır ve kalsine iyonik olmayan yüzey aktif cismi şablonunun yanma yoluyla uzaklaştırılması, böylece mezogözenekli silika ürünü elde edilmesi.

İşlem için koşulların seçimi, tek adımlı yaklaşım durumunda olduğu gibi gözenek boyutlarının, partikül çapının ve dağılımlarının kontrolüne izin verir.[8] Modifiye edilmiş işlemdeki gözeneklilik, bir şişirme maddesinin eklenmesi, sıcaklık seçimi ve eklenen sodyum florür katalizörü miktarı ile kontrol edilebilir. Bir şişkinlik ajanı (örneğin mesitilen ) hacimde ve dolayısıyla gözenek boyutunda artışlara neden olur, çözücü absorpsiyon, ancak sistemdeki ajanın çözünürlüğü ile sınırlıdır.[9] Gözenek boyutu doğrudan sıcaklığa göre değişir,[7] sürfaktanın alt kısmı ile bağlı bulut noktası ve kaynama noktası suyun. Sodyum florür konsantrasyonu, gözeneklilikte doğrudan ancak doğrusal olmayan değişiklikler üretir ve eklenen florür konsantrasyonu bir üst sınıra yöneldikçe etki azalır.[27]

Kinetik

İçin LaMer modeli kinetik oluşumunun hidrosoller[5] monodispers sistemlerin üretimi için yaygın olarak uygulanabilir,[28] ve başlangıçta Stöber sürecinin bunu takip ettiği varsayıldı. monomer toplama modeli.[6] Bu model, hızlı bir çekirdeklenme tüm partikül büyüme bölgelerinin oluşturulması, ardından trietilsilanol monomerlerinin çekirdeklenme bölgelerine yoğunlaşması için hız sınırlayıcı adım olarak hidroliz ile devam eder.[29] Monodispers partikül boyutlarının üretimi, TEOS'un difüzyonla sınırlı kütle transferinin bir sonucu olarak daha büyük partiküllerde daha yavaş bir oranda monomer ilavesine bağlanır.[30] Bununla birlikte, deneysel kanıtlar, hidrolize TEOS konsantrasyonunun, reaksiyonun sonlarına kadar çekirdeklenme için gerekli olanın üzerinde kaldığını ve tohumlanmış büyüme çekirdeklerinin dahil edilmesinin, bir monomer ekleme işleminin kinetiğiyle eşleşmediğini göstermektedir. Sonuç olarak, LaMer modeli, aracılığıyla büyümeye dayalı bir kinetik model lehine reddedilmiştir. partikül agregasyonu.[4]

Kümeleşmeye dayalı bir model altında, çekirdeklenme yerleri sürekli olarak üretilir ve birleşmenin partikül büyümesine yol açtığı yerde emilir.[31] Çekirdekleşme yerlerinin oluşumu ve birleşen parçacıklar arasındaki etkileşim enerjisi, reaksiyonun genel kinetiğini belirler.[32] Çekirdeklenme alanlarının oluşturulması aşağıdaki denklemi takip eder:[31]

Nerede J çekirdeklenme hızıdır k1 ve k2 H konsantrasyonlarına dayalı hız sabitleridir2O ve NH3 ve gs silika öncüsü miktarına dayalı normalleştirme faktörüdür. Bu bileşiklerin konsantrasyon oranlarının ayarlanması, çekirdeklenme bölgelerinin üretildiği hızı doğrudan etkiler.[31]

Çekirdekleşme yerlerinin parçacıklar arasında birleşmesi, etkileşim enerjilerinden etkilenir. Toplam etkileşim enerjisi üç kuvvete bağlıdır: elektrostatik benzer suçlamaların geri çekilmesi, kamyonet der Waals parçacıklar arasındaki çekim ve etkileri çözme.[32] Bu etkileşim enerjileri (aşağıdaki denklemler) partikül agregasyon sürecini açıklar ve Stöber işleminin neden boyut olarak tek tip partiküller ürettiğini gösterir.

Van der Waals çekim kuvvetleri aşağıdaki denklem tarafından yönetilir:[32]

Nerede BirH ... Hamaker sabiti, R iki parçacığın merkezleri arasındaki mesafedir ve a1, a2 iki parçacığın yarıçapıdır. Elektrostatik itme kuvveti için denklem aşağıdaki gibidir:[32]

nerede

Nerede ε ... dielektrik sabiti orta kB dır-dir Boltzmann sabiti, e ... temel ücret, T ... mutlak sıcaklık, κ tersi Debye uzunluğu 1: 1 elektrolit için, x parçacıklar arasındaki (değişken) mesafedir ve φ0 yüzey potansiyelidir. Toplam etkileşim enerjisinin son bileşeni, aşağıdaki gibi çözme itmesidir:[32]

Nerede Birs ön üstel faktördür (1.5 × 10−3 J m−2) ve L bozunma uzunluğu (1 × 10−9 m).

Kontrollü büyüme kümelemesine yönelik bu model, aşağıdaki deneysel gözlemlere uyar. küçük açılı X-ışını saçılması teknikler[33] ve başlangıç ​​koşullarına göre partikül boyutlandırmasını doğru bir şekilde tahmin eder. Ek olarak, mikro yerçekimi analizi de dahil olmak üzere tekniklerden deneysel veriler[34] ve değişken pH analizi[35] Toplam büyüme modelindeki tahminlere katılıyorum.

Morfolojik varyasyonlar

Stöber işlemi kullanılarak birkaç farklı yapısal ve bileşimsel motif, kimyasal bileşikler için Reaksiyon karışımı. Bu katkı maddeleri silika ile etkileşime girebilir. kimyasal ve / veya fiziksel reaksiyon sırasında veya sonrasında önemli değişikliklere yol açan anlamına gelir morfoloji silika parçacıkları.

Mezoporlu silika

TEM bir görüntüsü nanopartikül nın-nin gözenekli silika

Tek adımlı Stöber işlemi, üretim için değiştirilebilir gözenekli silika reaksiyon karışımına bir yüzey aktif madde şablonu ekleyerek ve elde edilen partikülleri kalsine ederek.[36] Kullanılan yüzey aktif maddeler arasında setrimonyum bromür,[37] setiltrimetilamonyum klorür,[38] ve gliserol.[39] Sürfaktan formları miseller, etrafında silika ağın büyüdüğü, hidrofobik bir iç kısma ve hidrofilik bir yüzeye sahip küçük, neredeyse küresel toplar, yüzey aktif madde ve çözücü ile doldurulmuş kanallara sahip parçacıklar üretir.[40] Kalsinasyon katı, yüzey aktif madde ve çözücü moleküllerinin yanma ve / veya buharlaştırma yoluyla uzaklaştırılmasına ve sağdaki çizimde görüldüğü gibi yapı boyunca mezogözenek boşlukları bırakmasına yol açar.[36][40]

Yüzey aktif madde konsantrasyonunun değiştirilmesi, gözeneklerin çapı ve hacmi ve dolayısıyla ürün malzemesinin yüzey alanı üzerinde kontrole izin verir.[37] Sürfaktan miktarının arttırılması, toplam gözenek hacminde ve dolayısıyla parçacık yüzey alanında artışlara yol açar, ancak tek tek gözenek çapları değişmeden kalır.[38] Gözenek çapının değiştirilmesi, yüzey aktif madde konsantrasyonuna göre kullanılan amonyak miktarını değiştirerek sağlanabilir; ilave amonyak, daha büyük çaplı gözeneklere yol açar, ancak toplam gözenek hacmi ve partikül yüzey alanında buna karşılık gelen bir azalma olur.[37] Reaksiyonun ilerlemesi için izin verilen süre, gözenekliliği de etkiler; daha uzun reaksiyon süreleri, toplam gözenek hacmi ve partikül yüzey alanında artışlara yol açar. Daha uzun reaksiyon süreleri ayrıca toplam silis partikül boyutunda artışlara ve buna bağlı olarak boyut dağılımının homojenliğinde azalmalara yol açar.[37]

Büyük gözenekli monolit

Ek olarak polietilen glikol (PEG) işleme, silika partiküllerinin bir makro gözenekli monolitik bir morfolojiye erişim sağlayan sürekli blok.[10] PEG polimerleri müttefik veya silil moleküler ağırlığı 2000 g mol'den büyük olan son gruplar−1 gerekmektedir. Stöber işlemi nötr pH koşullarında başlatılır, böylece PEG polimerleri büyüyen partiküllerin dışında toplanarak stabilizasyon sağlar. Agregalar yeterince büyük olduğunda, PEG ile stabilize edilmiş partiküller temas edecek ve PEG zincirleri arasında "yapışkan agregasyon" ile geri çevrilemez şekilde kaynaşacaktır.[10] Bu tamamlanana kadar devam eder flokülasyon tüm parçacıklar meydana geldi ve monolit oluştu, bu noktada monolit olabilir kalsine ve PEG çıkarıldı, bu da makro gözenekli bir silika monolitiyle sonuçlandı. Hem partikül boyutu hem de yapışkan agregasyon, moleküler ağırlık ve PEG konsantrasyonu değiştirilerek kontrol edilebilir.

Kabuk çekirdekli parçacıklar

Dahil olmak üzere çeşitli katkı maddeleri polistiren,[11] siklen,[12] ve poliaminler,[13] Stöber sürecine, kabuk-çekirdek silika partiküllerinin oluşturulmasına izin verir. Kabuk-çekirdek morfolojisinin iki konfigürasyonu tarif edilmiştir. Biri, polistiren gibi alternatif bir malzemeden bir dış kabuğa sahip bir silika çekirdektir. İkincisi, poliamin gibi morfolojik olarak farklı bir çekirdeğe sahip bir silika kabuktur.

Polistren / silika çekirdek kompozit partiküllerinin oluşturulması, tek adımlı Stöber işlemi yoluyla silika çekirdeklerinin oluşturulmasıyla başlar. Oluştuktan sonra parçacıklar ile muamele edilir oleik asit yüzey ile reaksiyona girmesi önerilen Silanol gruplar.[11] Stiren polimerize yağ asidi ile modifiye edilmiş silika çekirdekler etrafında. Silika çekirdeklerinin boyut dağılımı sayesinde, stiren çevrelerinde polimerize olur ve sonuçta oluşan kompozit partiküller benzer şekilde boyutlandırılır.[11]

Siklen ve diğer poliaminlerle oluşturulan silika kabuk parçacıkları ligandlar çok farklı bir şekilde yaratılmıştır. Poliaminler, TEOS öncüsü ile birlikte ilk adımlarda Stöber reaksiyonuna eklenir.[13] Bu ligandlar, TEOS öncüsü ile etkileşime girerek hidroliz hızında bir artışa neden olur; bununla birlikte, sonuç olarak ortaya çıkan silikaya dahil edilirler kolloidler.[12] Ligandlar, TEOS'un hidrolize uç grupları ile etkileşime giren yalnız elektron çiftlerini içeren birkaç nitrojen sahasına sahiptir. Sonuç olarak, silika, onları enkapsüle eden ligandların etrafında yoğunlaşır. Daha sonra silika / ligand kapsülleri, daha büyük partiküller oluşturmak için birbirine yapışır. Ligandın tamamı reaksiyon tarafından tüketildikten sonra, kalan TEOS, silika / ligand nanopartiküllerinin dışında toplanarak katı bir silika dış kabuk oluşturur.[12] Ortaya çıkan partikül, katı bir silika kabuğa ve silika sarılı ligandların bir iç çekirdeğine sahiptir. Parçacık çekirdeklerinin ve kabukların boyutları, reaksiyona eklenen başlangıç ​​konsantrasyonları ile birlikte ligandların şeklinin seçilmesi yoluyla kontrol edilebilir.[13]

Karbon küreler

Monodispers karbon küreler üretmek için Stöber benzeri bir işlem kullanılmıştır. resorsinol -formaldehit silika öncüsü yerine reçine.[14] Modifiye edilmiş süreç, pürüzsüz yüzeylere ve 200 ila 1000 nm arasında değişen çapa sahip karbon kürelerin üretimine izin verir.[14] Silika bazlı Stöber işleminden farklı olarak, bu reaksiyon nötr pH'ta tamamlanır ve amonyak, tek tek karbon parçacıklarını kendi kendine engelleyerek stabilize etmede rol oynar.yapışma ve agregasyonun yanı sıra bir katalizör görevi görmektedir.[41]

Avantajlar ve uygulamalar

Bir blok aerojel, "kesintisiz mavi duman",[42] çok hafif gibi hissettiren strafor dokunuşa

Stöber işleminin önemli bir avantajı, neredeyse tek dağılımlı silika parçacıkları üretebilmesidir.[16] ve böylece koloidal fenomenlerin incelenmesinde kullanım için ideal bir model sağlar.[15] İlk yayınlandığında, kontrollü boyutlardaki küresel tek dağılımlı silika parçacıklarının sentezine izin veren öncü bir keşifti ve 2015'te en yaygın kullanılanı olmaya devam ediyor. ıslak kimya silika nanopartiküllere yaklaşım.[3] İşlem, aşağıdakiler dahil uygulamalar için silika nanopartiküllerin hazırlanmasına uygun bir yaklaşım sağlar hücre içi ilaç teslimi[17] ve biyoalgılama.[18] Modifiye Stöber prosesleriyle hazırlanan mezogözenekli silika nanopartiküller, kataliz[19] ve sıvı kromatografisi.[20] Monodispersiteye ek olarak, bu malzemeler çok büyük yüzey alanları üniform, ayarlanabilir ve son derece düzenli gözenek yapılarının yanı sıra,[20] Bu, mezogözenekli silikayı bu uygulamalar için benzersiz bir şekilde çekici kılar.

A 10μm tarafından yakalanan meteoroid parçacık EURECA tarafından fırlatılan uzay aracı STS-46 aerojel bloğunda[23]
Bu NASA silika aerojel[23] bir ısı yalıtkanı boya kalemlerini bir şeyden korumak için yeterince güçlü Bunsen brülör alev.[43]

Aerojeller çok gözenekli ultra hafif malzemeler içinde sıvı bir bileşeni jel ile değiştirildi gaz,[44] ve son derece etkili katı maddeler olduğu için dikkat çekicidir termal izolatörler[43][45] çok düşük yoğunluk.[46] Aerojeller çeşitli şekillerde hazırlanabilir ve çoğu silika esaslı olmasına rağmen,[45] dayalı malzemeler zirkonya, titanya, selüloz, poliüretan, ve resorsinol —formaldehit sistemler, diğerleri arasında rapor edilmiş ve incelenmiştir.[47] Silika bazlı bir aerojelin en büyük dezavantajı kırılganlığıdır. NASA onları yalıtım için kullandı Mars gezginleri,[48] Mars Yol Bulucu ticari olarak battaniyeleri yalıtmak için ve yarı saydam gün ışığı panelleri için cam bölmeler arasında kullanılmıştır.[45] Stöber prosesi ile hazırlanan partikül jeller, oldukça etkili silika aerojelleri üretmek için hızlı bir şekilde dehidre edilebilir. kserojeller.[15] Anahtar adım, süper kritik sıvı ekstraksiyonu Jel yapısını korurken jelden suyu çıkarmak için, ki bu tipik olarak süper kritik karbondioksit,[45] NASA'nın yaptığı gibi.[23] Ortaya çıkan aerojeller, çok küçük gözeneklere sahip yüksek gözeneklilikleri nedeniyle çok etkili termal yalıtkanlardır. nanometre Aralık). Gaz fazından ısı iletimi zayıftır ve yapı hava moleküllerinin yapı boyunca hareketini büyük ölçüde engellediğinden, malzeme boyunca ısı transferi zayıftır,[45] Sağdaki resimde görülebileceği gibi, bir Bunsen brülöründen gelen ısının, aerojel üzerinde duran boya kalemleri erimeyecek kadar zayıf bir şekilde aktarıldığı.[43] Düşük yoğunlukları nedeniyle, aerojeller, yıldızlararası toz parçacıklarını, onları yavaşlatırken (parçacıklarda ısının neden olduğu değişiklikleri önlemek için) minimum ısı değişimiyle yakalamak için de kullanılmıştır. Stardust görevi.[23]

Silika aerojel üretmenin bir yöntemi, modifiye edilmiş bir Stöber işlemi kullanır ve süper kritik kurutma. Ürün belirir yarı saydam bir sonucu olarak mavi bir belirti ile Rayleigh saçılması; bir ışık kaynağının önüne yerleştirildiğinde, bu nedenle sarımsı hale gelir. Mie saçılması.[22] Bu aerojelin yüzey alanı 700 m2 g−1 ve 0.040 g cm yoğunluk−3;[22] aksine, hava yoğunluğu 0,0012 g cm−3 (15 ° C ve 1ATM ). Silika aerojeller, içindeki malzeme özellikleri için 15 giriş yaptı. Guinness Dünya Rekorları 2011'de, en iyi yalıtkan ve en düşük yoğunluklu katı dahil aerografit 2012'de ikinci unvanı aldı.[49] Aerographene, oda sıcaklığındaki havanın yoğunluğunun sadece% 13'ü ve yoğunluğundan daha az yoğun helyum gaz, 2013 yılında geliştirilen en düşük yoğunluklu katı haline geldi.[50][51] Silika içermeyen sistemlerde aerojellerin hazırlanmasında stöber benzeri yöntemler uygulanmıştır.[21] NASA, yapıyı güçlendirmek için polimer kaplamalı silika aerojeller geliştirdi.[48] aynı yoğunluk için kabaca iki büyüklükte daha güçlü bir malzeme ve ayrıca esnek olan ve bükülebilir ince bir film halinde oluşturulabilen polimer aerojellerin üretilmesi.[45]

Referanslar

  1. ^ a b c d e Stöber, Werner; Fink, Arthur; Bohn Ernst (Ocak 1968). "Mikron boyut aralığında monodispers silika kürelerinin kontrollü büyümesi". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 26 (1): 62–69. Bibcode:1968JCIS ... 26 ... 62S. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  2. ^ a b c Bogush, G.H .; Tracy, M.A .; Zukoski, C.F. (Ağustos 1988). "Tek dağılımlı silika partiküllerinin hazırlanması: Boyut ve kütle fraksiyonunun kontrolü". Kristal Olmayan Katıların Dergisi. 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 c d Kicklebick, Guido (2015). "Nanopartiküller ve Kompozitler". Levy, David'de; Zayat, Marcos (editörler). Sol-Gel El Kitabı: Sentez, Karakterizasyon ve Uygulamalar. 3. John Wiley & Sons. s. 227–244. ISBN  9783527334865.
  4. ^ a b Bogush, G.H; Zukoski, C.F (Mart 1991). "Silisyum alkoksitlerin hidrolizi ve yoğunlaşması yoluyla üniform silika parçacıklarının çökeltilmesinin kinetiği çalışmaları". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 142 (1): 1–18. Bibcode:1991JCIS..142 .... 1B. doi:10.1016/0021-9797(91)90029-8.
  5. ^ a b LaMer, Victor K .; Dinegar, Robert H. (1950). "Monodisperse Hidrosollerin Oluşumunun Teorisi, Üretimi ve Mekanizması". J. Am. Chem. Soc. 72 (11): 4847–4854. doi:10.1021 / ja01167a001.
  6. ^ a b Matsoukas, T; Gulari, Erdoğan (Temmuz 1988). "Tetra-etil-ortosilikatın amonyakla katalize edilen hidrolizinden silika partiküllerinin büyüme dinamikleri". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 124 (1): 252–261. Bibcode:1988JCIS..124..252M. doi:10.1016/0021-9797(88)90346-3. hdl:2027.42/27243.
  7. ^ a b c d e f g Boissière, Cédric; van der Lee, Arie; Mansouri, Abdeslam El; Larbot, André; Prouzet, Eric (1999). "Mezogözenekli mikrometrik küresel MSU-X silika partiküllerinin çift aşamalı sentezi". Kimyasal İletişim (20): 2047–2048. doi:10.1039 / A906509A.
  8. ^ a b c Boissière, Cédric; Larbot, André; van der Lee, Arie; Kooyman, Patricia J .; Prouzet, Eric (Ekim 2000). "İki Adımlı Bir Yolla Kontrol Edilen Mezogözenekli MSU-X Silikanın Yeni Bir Sentezi". Malzemelerin Kimyası. 12 (10): 2902–2913. doi:10.1021 / cm991188s.
  9. ^ a b c Prouzet, Éric; Boissière, Cédric (Mart 2005). "İki aşamalı işlemle elde edilen mezogözenekli MSU-X silikanın ayırma işlemlerinde sentezi, yapısı ve uygulamaları üzerine bir inceleme". Rendus Chimie Comptes. 8 (3–4): 579–596. doi:10.1016 / j.crci.2004.09.011.
  10. ^ a b c Cademartiri, Rebecca; Brook, Michael A .; Pelton, Robert; Brennan, John D. (2009). "Yapışkan" Stöber işlemi "kullanan büyük gözenekli silika. Journal of Materials Chemistry. 19 (11): 1583. doi:10.1039 / B815447C. S2CID  94969948.
  11. ^ a b c d Ding, Xuefeng; Zhao, Jingzhe; Liu, Yanhua; Zhang, Hengbin; Wang, Zichen (Ekim 2004). "Yüzey aşılama ve yerinde emülsiyon polimerizasyonu yoluyla polistiren ile kapsüllenmiş silika nanopartiküller". Malzeme Mektupları. 58 (25): 3126–3130. doi:10.1016 / j.matlet.2004.06.003.
  12. ^ a b c d Masse, Sylvie; Laurent, Guillaume; Coradin, Thibaud (2009). "Stöber işlemi sırasında siklik poliaminlerin silis oluşumuna etkisi". Fiziksel Kimya Kimyasal Fizik. 11 (43): 10204–10. Bibcode:2009PCCP ... 1110204M. doi:10.1039 / B915428K. PMID  19865778. S2CID  37342876.
  13. ^ a b c d Masse, Sylvie; Laurent, Guillaume; Chuburu, Françoise; Cadiou, Cyril; Déchamps, Isabelle; Coradin, Thibaud (Nisan 2008). "Stöber İşleminin Alışılmadık Çekirdeğe - Kabuk Silika Nanopartiküllerine Yol Açan Bir Poliazamakrosikle Tarafından Değiştirilmesi". Langmuir. 24 (8): 4026–4031. doi:10.1021 / la703828v. PMID  18303930.
  14. ^ a b c Liu, Jian; Qiao, Shi Zhang; Liu, Hao; Chen, Jun; Orpe, Ajay; Zhao, Dongyuan; Lu, Gao Qing Max (20 Haziran 2011). "Stöber Metodunun Monodispers Resorsinol-Formaldehit Reçine Polimer ve Karbon Kürelerinin Hazırlanmasına Uzatılması". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü. 50 (26): 5947–5951. doi:10.1002 / anie.201102011. PMID  21630403.
  15. ^ a b c d Berg, John C. (2009). "Kolloidal Sistemler: Fenomenoloji ve Karakterizasyon". Arayüzlere ve Kolloidlere Giriş: Nanobilime Köprü. World Scientific Publishing. sayfa 367–368, 452–454. Bibcode:2009iicb.book ..... B. ISBN  9789813100985.
  16. ^ a b Boday, Dylan J .; Wertz, Jason T .; Kuczynski, Joseph P. (2015). "Alttaki Metalin Korozyon Önlemesine Yönelik Silika Nanopartiküllerin İşlevselleştirilmesi". Kong, Eric S. W. (ed.). Nanomalzemeler, Polimerler ve Cihazlar: Malzemelerin İşlevselleştirilmesi ve Cihaz İmalatı. John Wiley & Sons. s. 121–140. ISBN  9781118866955.
  17. ^ a b Quignard, Sandrine; Masse, Sylvie; Coradin, Thibaud (2011). "Hücre İçi İlaç Dağıtımı için Silika Bazlı Nanopartiküller". Prokop, Ales (ed.). Hücre İçi Teslimat: Temeller ve Uygulamalar. Springer Science & Business Media. s. 333–361. doi:10.1007/978-94-007-1248-5_12. ISBN  9789400712485.
  18. ^ a b Ju, Huangxian; Xueji, Zhang; Wang, Joseph (2011). "Sol-Jel Nanopartikül Matrislerine Dayalı Biyosensörler". NanoBiosensing: İlkeler, Geliştirme ve Uygulama. Springer Science & Business Media. s. 305–332. doi:10.1007/978-1-4419-9622-0_10. ISBN  9781441996220.
  19. ^ a b Giraldo, L. F .; López, B.L .; Pérez, L .; Urrego, S .; Sierra, L .; Mesa, M. (Kasım 2007). "Mezoporöz Silika Uygulamaları". Makromoleküler Sempozyumlar. 258 (1): 129–141. doi:10.1002 / masy.200751215.
  20. ^ a b c Pinnavaia, T.J .; Sayari, Abdel; Jaroniec, M. (14 Nisan 2000). Nanoporlu Malzemeler II. Elsevier. sayfa 747–55. ISBN  978-0-08-053726-9.
  21. ^ a b Qiu, Bocheng; Xing, Mingyang; Zhang Jinlong (2015). "Ultra hafif, gözenekli, gerilebilir Fe sentezlemek için Stöber benzeri yöntem2Ö3/ foto-Fenton reaksiyonunda ve elektrokimyasal kapasitörlerde mükemmel performans için grafen aerojeller ". J. Mater. Chem. Bir. 3 (24): 12820–12827. doi:10.1039 / C5TA02675J.
  22. ^ a b c Steiner, Stephen. "Silika Aerojel (TEOS, Baz Katalizeli)". aerogel.org. Alındı 21 Kasım 2016.
  23. ^ a b c d e "Aerojel". NASA Stardust görevi. Jet Tahrik Laboratuvarı, NASA. 31 Mart 2005. Alındı 11 Aralık 2016. Aerojel, çözücülerle doldurulmuş koloidal silika yapısal birimlerden oluşan bir jelin yüksek sıcaklık ve basınç açısından kritik noktada kurutulmasıyla yapılır. Aerojel, Jet Tahrik Laboratuvarı'nda (JPL) hazırlanmış ve uçuşa uygun hale getirilmiştir. JPL ayrıca Mars Pathfinder ve Stardust görevleri için aerojel üretti.
  24. ^ Kolbe, Gerhard (1956). Das Komplexchemische Verhalten der Kieselsäure (Doktora) (Almanca). Friedrich-Schiller-Universität Jena.
  25. ^ a b Van Blaaderen, A; Van Geest, J; Vrij, A (Aralık 1992). "Tetraalkoksisilanlardan monodispers koloidal silika küreler: Partikül oluşumu ve büyüme mekanizması". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 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 Helden, A.K .; Jansen, J.W .; Vrij, A. (Haziran 1981). "Sulu olmayan çözücüler içinde küresel monodispers silika dispersiyonlarının hazırlanması ve karakterizasyonu". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 81 (2): 354–368. Bibcode:1981JCIS ... 81..354V. doi:10.1016/0021-9797(81)90417-3.
  27. ^ Boissière, Cédric; Larbot, André; Bourgaux, Claudie; Prouzet, Eric; Bunton, Clifford A. (Ekim 2001). "Mezogözenekli MSU-X Silika İki Aşamalı Sentezin Montaj Mekanizması Üzerine Bir Çalışma". Malzemelerin Kimyası. 13 (10): 3580–3586. doi:10.1021 / cm011031b.
  28. ^ Sugimoto, Tadao (2006). "Tek Dağılmış Parçacıkların Çekirdeklenmesi ve Büyümesi: Mekanizmalar". Somasundaran'da, P. (ed.). Yüzey ve Kolloid Bilimi Ansiklopedisi. 7 (2. baskı). CRC Basın. sayfa 4257–4270. doi:10.1081 / E-ESCS-120000865 (etkin olmayan 16 Ekim 2020). ISBN  9780849395741.CS1 Maint: DOI Ekim 2020 itibarıyla devre dışı (bağlantı)
  29. ^ Matsoukas, Themis; Gulari, Erdoğan (Ekim 1989). "Yavaş bir başlatma adımıyla monomer ilaveli büyüme: Alkoksitlerden silis parçacıkları için bir büyüme modeli". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 132 (1): 13–21. Bibcode:1989JCIS.132 ... 13M. doi:10.1016/0021-9797(89)90210-5. hdl:2027.42/27723.
  30. ^ Matsoukas, Themis; Gulari, Erdoğan (Eylül 1991). "Kendiliğinden bilenen dağılımlar yeniden gözden geçirildi - monomer eklenmesiyle büyümedeki çoklu dağılım". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 145 (2): 557–562. Bibcode:1991JCIS..145..557M. doi:10.1016 / 0021-9797 (91) 90385-L.
  31. ^ a b c Bogush, G.H; Zukoski, C.F (Mart 1991). "Düzgün silika partikül çökelmesi: Bir agregatif büyüme modeli". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 142 (1): 19–34. Bibcode:1991JCIS..142 ... 19B. doi:10.1016 / 0021-9797 (91) 90030-C.
  32. ^ a b c d e Lee, Kangtaek; Sathyagal, Arun N .; McCormick, Alon V. (Aralık 1998). "Stöber sürecinin bir toplama modeline daha yakından bir bakış". Kolloidler ve Yüzeyler A: Fizikokimyasal ve Mühendislik Yönleri. 144 (1–3): 115–125. doi:10.1016 / S0927-7757 (98) 00566-4.
  33. ^ Boukari, H .; Lin, J.S .; Harris, M.T. (Ekim 1997). "Alkoksitlerden Kolloidal Silika Parçacıkların Oluşumunun Küçük Açılı X Işını Saçılım Çalışması: Birincil Parçacıklar mı Değil mi?". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 194 (2): 311–318. Bibcode:1997JCIS..194..311B. doi:10.1006 / jcis.1997.5112. PMID  9398411.
  34. ^ Smith, David D .; Sibille, Laurent; Cronise, Raymond J .; Hunt, Arlon J .; Oldenburg, Steven J .; Wolfe, Daniel; Halas, Naomi J. (Aralık 2000). "Mikro Yerçekiminin Silika Nanoyapıların Büyümesine Etkisi". Langmuir. 16 (26): 10055–10060. doi:10.1021 / la000643s. hdl:2060/20010057257.
  35. ^ Vogelsberger, Wolfram; Seidel, Andreas; Breyer, Tilo (Nisan 2002). "Silika Solüsyonlarında Viskozite Ölçümleriyle İncelenen pH'ın Bir Fonksiyonu Olarak Sol Parçacık Oluşumunun Kinetiği". Langmuir. 18 (8): 3027–3033. doi:10.1021 / la0114878.
  36. ^ a b Grün, Michael; Lauer, Iris; Unger Klaus K. (Mart 1997). "Sıralı mezogözenekli oksit MCM-41'in mikrometre ve alt mikrometre boyutundaki kürelerinin sentezi". Gelişmiş Malzemeler. 9 (3): 254–257. doi:10.1002 / adma.19970090317.
  37. ^ a b c d Liu, Shiquan; Lu, Lingchao; Yang, Zhongxi; Harika Pegie; Vansant, Etienne F. (Haziran 2006). "Küresel MCM-41 için değiştirilmiş Stöber yöntemi hakkında daha fazla araştırma". Malzeme Kimyası ve Fiziği. 97 (2–3): 203–206. doi:10.1016 / j.matchemphys.2005.09.003.
  38. ^ a b Kambara, Kumiko; Shimura, Naoki; Ogawa, Makoto (2007). "Yüzey Aktif Madde Şablonlu Nanogözenekli Silika Küresel Parçacıkların Stöber Yöntemi ile Daha Büyük Ölçekli Sentezleri". Japonya Seramik Derneği Dergisi. 115 (1341): 315–318. doi:10.2109 / jcersj.115.315.
  39. ^ Vacassy, ​​R .; Flatt, R.J .; Hofmann, H .; Choi, K.S .; Singh, R.K. (Temmuz 2000). "Mikro Gözenekli Silika Kürelerin Sentezi". Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 227 (2): 302–315. Bibcode:2000JCIS..227..302V. doi:10.1006 / jcis.2000.6860. PMID  10873314.
  40. ^ a b Sürü, Heather; Ghandehari Hamidreza (2016). "Görüntüleme ve İlaç Dağıtım Uygulamaları için Silika Nanomalzemelerin Sentetik ve Toksikolojik Özellikleri". Sitharaman'da, Balaji (ed.). Nanobiyomalzemeler El Kitabı. CRC Basın. s. 6-4. ISBN  9781420094671.
  41. ^ Lu, An-Hui; Hao, Guang-Ping; Sun, Qiang (19 Eylül 2011). "Karbon Küreleri Stöber Yöntemi ile Oluşturulabilir mi?". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü. 50 (39): 9023–9025. doi:10.1002 / anie.201103514. PMID  21919134.
  42. ^ "Aerojel - Gizemli Mavi Duman" (PDF). Jet Tahrik Laboratuvarı, NASA. Alındı 23 Kasım 2016.
  43. ^ a b c "Aerojeller Aşırı Sıcaklıklara Karşı Yalıtımlıdır". NASA Spinoff Teknoloji Transfer Programı. 2010. Alındı 11 Aralık 2016.
  44. ^ Sollerin, jellerin, ağların ve inorganik-organik hibrit malzemelerin yapısı ve işlenmesi ile ilgili terimlerin tanımları (IUPAC Önerileri 2007). Saf ve Uygulamalı Kimya. 79. 2007. s. 1801–1829. doi:10.1351 / goldbook.A00173. ISBN  978-0-9678550-9-7.
  45. ^ a b c d e f Woods, Tori (28 Temmuz 2011). "Aerojeller: Daha İnce, Daha Hafif, Daha Güçlü". Glenn Araştırma Merkezi, NASA. Alındı 22 Kasım 2016.
  46. ^ NASA (7 Mayıs 2002). "Guinness Rekorları JPL'nin Aerojel Dünyanın En Hafif Katı Adını Seçti". Jet Tahrik Laboratuvarı. Arşivlendi 25 Mayıs 2009 tarihinde orjinalinden. Alındı 25 Mayıs 2009.
  47. ^ Aegerter, Michel A .; Leventis, Nicholas; Koebel, Matthias M., eds. (2011). Aerojeller El Kitabı. Sol-Gel Türetilmiş Malzemeler ve Teknolojilerdeki Gelişmeler. Springer Science & Business Media. ISBN  9781441975898.
  48. ^ a b Meador, Mary Ann B. (2011). "Polimer Takviyeli Aerojellerin Elastik Özelliklerinin İyileştirilmesi". Aegerter'de Michel A .; Leventis, Nicholas; Koebel, Matthias M. (editörler). Aerojeller El Kitabı. Sol-Gel Türetilmiş Malzemeler ve Teknolojilerdeki Gelişmeler. Springer Science & Business Media. s. 315–334. doi:10.1007/978-1-4419-75898-8_15 (etkin olmayan 16 Ekim 2020). ISBN  9781441975898.CS1 Maint: DOI Ekim 2020 itibarıyla devre dışı (bağlantı)
  49. ^ Mecklenburg, Matthias (2012). "Aerographite: Olağanüstü Mekanik Performansa Sahip Ultra Hafif, Esnek Nanowall, Karbon Mikrotüp Malzemesi". Gelişmiş Malzemeler. 24 (26): 3486–3490. doi:10.1002 / adma.201200491. PMID  22688858.
  50. ^ "Zhejiang Üniversitesi Laboratuvarında Üretilen Ultra Hafif Aerojel". Zhejiang Üniversitesi. 19 Mart 2013. Arşivlenen orijinal 23 Mayıs 2013 tarihinde. Alındı 21 Kasım 2016.
  51. ^ Whitwam, Ryan (26 Mart 2013). "Grafen aerojeli dünyanın en hafif malzemesidir". geek.com. Alındı 21 Kasım 2016.