Příprava vrstev metodou sol - gel

Podobné dokumenty
Příprava vrstev metodou sol-gel

Sol gel metody. Si O Si + H 2 O (2)

Glass temperature history

FUNKČNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

J. Kubíček FSI Brno 2018

Metoda sol-gel verze 2013

PŘÍPRAVA BIOAKTIVNÍCH POVLAKŮ METODOU SOL-GEL A MĚŘENÍ VYBRANÝCH VLASTNOSTÍ

ROZTOK. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý. Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Směsi

Extrakční fotometrické stanovení huminových látek ve vodě

Stanovení kvality humusu spektrofotometricky

Alexandra Kloužková 1 Martina Mrázová 2 Martina Kohoutková 2 Vladimír Šatava 2

Fotokatalytická oxidace acetonu

CHEMICKÉ REAKCE A HMOTNOSTI A OBJEMY REAGUJÍCÍCH LÁTEK

Úloha č. 9 Stanovení hydroxidu a uhličitanu vedle sebe dle Winklera

Oxidace benzaldehydu vzdušným kyslíkem a roztokem

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Ústřední komise Chemické olympiády. 56. ročník 2019/2020 ŠKOLNÍ KOLO. Kategorie A. Praktická část Zadání 40 bodů

Chemické metody plynná fáze

H H C C C C C C H CH 3 H C C H H H H H H

STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

STANOVENÍ CHLORIDŮ. Odměrné argentometrické stanovení chloridů podle Mohra

Analytické experimenty vhodné do školní výuky

Environmentální geomorfologie

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Sklo chemické složení, vlastnosti, druhy skel a jejich použití

ztuhnutím pyrosolu taveniny, v níž je dispergován plyn, kapalina nebo tuhá látka fotochemickým rozkladem krystalů některých solí

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

POROVNÁNÍ ÚČINNOSTI SRÁŽENÍ REAKTIVNÍCH AZOBARVIV POUŽITÍM IONTOVÉ KAPALINY A NÁSLEDNÁ FLOKULACE AZOBARVIV S Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O S ÚPRAVOU ph

E KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA

Modifikace cínu. α-cín šedý, práškový β-cín bílý cín, obvyklá modifikace stálá nad 13,2 C γ-cín

Keramická technologie

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie CZ.1.07/2.2.00/ Výpočty z chemických vzorců

Mesoporézní vs. ploché elektrody

Koloidní zlato. Tradiční rekvizita alchymistů v minulosti sofistikovaný (nano)nástroj budoucnosti?

Analýza nedestruktivní průzkum stavu předloženého železného předmětu

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod

Proč by se průmysl měl zabývat výzkumem nanomateriálů

Roztok je homogenní (stejnorodá) směs dvou a více látek. Částice, které tvoří roztok, jsou dokonale rozptýleny a vzájemně nereagují.

Studentská vědecká konference Sekce: ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ MATERIÁLY II

Metody gravimetrické

HYDROXYDERIVÁTY - ALKOHOLY

Povrchová úprava bez chromu Cr VI

Co je litografie? - technologický proces sloužící pro vytváření jemných struktur (obzvláště mikrostruktur a nanostruktur)

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Příloha je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č: 446/2018 ze dne:

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

Název školy: Číslo a název sady: klíčové aktivity: VY_32_INOVACE_131_Elektrochemická řada napětí kovů_pwp

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL. Název školy SOUpotravinářské, Jílové u Prahy, Šenflukova 220 Název materiálu INOVACE_32_ZPV-CH 1/04/02/19 Autor

Praxe ve firmě GALVAN CZ, s. r. o.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA (70 BODŮ)

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala

Izolace genomové DNA ze savčích buněk, stanovení koncentrace DNA pomocí absorpční spektrofotometrie

Příklady biochemických metod turbidimetrie, nefelometrie. Miroslav Průcha

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Syntéza zeolitů v geopolymerech využitelných v ekologii. Koloušek D.; Doušová B. Slavík R.; Urbanová-Čubová, M.

Pevné lékové formy. Vlastnosti pevných látek. Charakterizace pevných látek ke zlepšení vlastností je vhodné využít materiálové inženýrství

Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np:

Spin coating. Jiří Frydrych. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

3) Kvalitativní chemická analýza

Izolace nukleových kyselin

Spektroskopie v UV-VIS oblasti. UV-VIS spektroskopie. Roztok KMnO 4. pracuje nejčastěji v oblasti nm

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Koloidní zlato: tradiční rekvizita alchymistů v minulosti - sofistikovaný (nano)nástroj budoucnosti?

Základy konzervace pro archeology (UA / A0018) Cvičení průzkum kovových předmětů identifikace kovů

Plazmová depozice tenkých vrstev oxidu zinečnatého

Tlakové membránové procesy

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU VÁPNÍKU MANGANOMETRICKY

2. KINETICKÁ ANALÝZA HOMOGENNÍCH REAKCÍ

Základy analýzy potravin Přednáška 1

Ústřední komise Chemické olympiády. 50. ročník 2013/2014. OKRESNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH

VLIV KOROZNÍHO PŮSOBENÍ OCELÍ S VYSOKÝM OBSAHEM MANGANU A CHROMU NA ŽÁRUVZDORNOU KERAMIKU. Libor BRAVANSKÝ, Kateřina KADLÍKOVÁ

Vyjadřuje poměr hmotnosti rozpuštěné látky k hmotnosti celého roztoku.

Křemík a jeho sloučeniny

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

Prvek Značka Z - protonové číslo Elektronegativita Dusík N 7 3,0 Fosfor P 15 2,2 Arsen As 33 2,1 Antimon Sb 51 2,0 Bismut Bi 83 2,0

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Netkané textilie. Materiály 2

téma: Halogeny-úvod autor: Ing. František Krejčí, CSc. cíl praktika: žáci si osvojí znalosti z chemie halogenů doba trvání: 2 h

APLIKACE FOTOKATALYTICKÝCH PROCESŮ PRO ČIŠTĚNÍ KONTAMINOVANÝCH VOD

ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE

Návod pro laboratorní úlohu: Závislost citlivosti plynových vodivostních senzorů na teplotě

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Chemické procesy v ochraně životního prostředí

2) Připravte si 7 sad po pěti zkumavkách. Do všech zkumavek pipetujte 0.2 ml roztoku BAPNA o různé koncentraci podle tabulky.

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

Úpravy brýlových čoček. LF MU Brno Brýlová technologie

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

2) Připravte si 3 sady po šesti zkumavkách. Do všech zkumavek pipetujte 0.2 ml roztoku BAPNA o různé koncentraci podle tabulky.

Analytické metody využívané ke stanovení chemického složení kovů. Ing.Viktorie Weiss, Ph.D.

Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Acidobazické děje - maturitní otázka z chemie

Transkript:

VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ Ústav skla a keramiky Příprava vrstev metodou sol - gel

Základní pojmy Sol - koloidní suspenze, ve které jsou homogenně dispergované pevné částice s koloidními rozměry (1-1000 nm) Gel - koloidní systém charakteru pevné fáze, v které dispergovaná pevná fáze tvoří souvislou 3-rozměrnou síť Gelace - vznik vazeb mezi molekulami látek

Procesy přechodu: roztok - sol - gel Výchozí roztok - alkoxidy se rozpustí v organických rozpouštědlech (nejčastěji alkoholech) Hydrolýza - rozklad látek (alkoxidů) pomocí vody vznik solu: M(OR) 4 + H 2 O M(OR) 3 OH + ROH - výměna alkoxidické skupiny za hydroxylovou Kondenzace - reakce dvou částečně hydrolyzovaných molekul za uvolnění: vody: (OR) 3 M - OH + HO - M(OR) 3 (OR) 3 M - O - M(OR) 3 + H 2 O alkoholu: (OR) 3 M - OR + HO - M(OR) 3 (OR) 3 M - O - M(OR) 3 + ROH Postupně reagují i další alkoxidové skupiny a dochází k prodlužování řetězce s opakující se vazbou Během síťování dochází ke vzniku gelu

Vliv ph na strukturu gelu při reakci v kyselém prostředí vznikají dlouhé řetězce, jejichž spojování a vzájemné propletání řetězců vede ke vzniku gelu v zásaditém prostředí vznikají větvené krátké řetězce, které se shlukují do tzv. clusterů. Spojováním těchto clusterů dochází ke gelaci. ph < 7 ph > 7

Metoda sol - gel hydrolýza kondenzace sol povlakování xerogel tepelná úprava povlak roztok alkoxidů kovů Techniky tvorby povlaků SPIN SPRAY DIP sol povlak sol sol substrát povlak substrát substrát

Povlakování technikou Dip-coating Ponoření do solu: tvorba vazeb: substrát - molekuly solu Vytahování: kontakt vrstvy solu se vzduchem - odpaření přebytečného rozpouštědla - začína gelatizace Sušení Výpal: přeměna gelu na skelný nebo keramický povlak VÝHODY: Kontrola tloušťky povlaku (od desítek nm až po desítky μm) Povlakování členitých substrátů Technicky nenáročné, cenově dostupné

Použití sol - gel povlaků Tyto povlaky můžou zlepšovat stávající vlastnosti substrátů Vlastnosti Funkce Složení povlaků Optické Absorpční, reflexní TiO 2 - SiO 2, TiO 2, SiO 2, ZrO 2 Elektrické Vodivá, polovodivá Oxidy In, Sn, V, SiO 2 Ochranné Korozní odolnost SiO 2, TiO 2, ZrO 2 Alkalivzdornost MgO - Al 2 O 3 - SiO 2 - P 2 O 5 Bioaktivní Hydroxyapatit - Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Antibakteriální Ag - SiO 2, Ag - Al 2 O 3 - SiO 2

Metoda sol - gel v oboru restaurování Pro účely preventivní konzervace povrchu skla: - zlepšení chemické odolnosti povrchu - mechanická fixace odlupujících se korozních vrstev Archeologické sklo - zatím není obecně používaná - možnost vylepšit antibakteriální vlastnosti uloženého skla (přídavkem Ag+ iontu) Vitráže - sklo neustále vystavené povětrnostním podmínkám - vylepšení samočistících schopností (přídavek TiO 2 ) Poslední soud na katedrále sv. Víta (1368), P. Parléř (restaurované metodou sol-gel, r. 2000) Mozaikové kameny vyrobeny v celé Evropě

Stříbro ve skle Skla obsahující stříbro byla tavena již ve starověku Stříbro se přidává přímo do sklářského kmene, případně se do skla vnáší výměnnou difúzí s alkalickými ionty Současnost - skla obsahující částice stříbra jsou předmětem výzkumu v souvislosti s jejich využitím pro přípravu lazur, optických vlnovodů, polovodičů, různých fotosenzitivních nebo antibakteriálních skel Lazurování - tradiční způsob výroby žlutě zbarveného skla Princip: nanesení směsi okrového pigmentu a stříbrné soli na sklo, kde za zvýšené teploty nastává výměnná reakce mezi sodnými ionty přítomnými ve skle a stříbrnými ionty z lazury Iontovou výměnou lze připravit i červeně zbarvená skla, která obsahují stříbro

Souhrn Metoda sol - gel: umožňuje velmi dobře měnit složení skla v povrchové vrstvě, tloušťku nanesené vrstvy a samozřejmě i intenzitu zabarvení Nejčastěji používaným prekurzorem - tetraethoxysilan (TEOS) - je rozpuštěn v organickém rozpouštědle (ethanol) a vodě Zdroj stříbra - dusičnan stříbrný, který je na rozdíl od většiny stříbrných solí velmi dobře rozpustný ve vodě Polykondenzační reakce - katalyzovány kyselinou dusičnou - použití jiné kyseliny - vznik nerozpustných stříbrných solí Intenzita zabarvení - roste s rostoucí teplotou výpalu, dobou výpalu a koncentrací redukčního činidla

Experimentální část 1: Příprava povlaků obsahujících částice stříbra metodou sol-gel Substrát - mikroskopické sklíčko umýt detergentem - opláchnout proudem tekoucí vody - umýt destilovanou vodou a etanolem - nechat sušit v sušárně při 60 C po dobu 15 min Výchozí sol - roztok I. - 10 ml TEOSu 30 ml etanolu 2 ml destilované vody 2 ml 1M kyseliny dusičné (HNO 3 ) - roztok II. - 0.5 g dusičnanu stříbrného (AgNO 3 ) 3 ml destilované vody - přilít roztok II. do roztoku I. a nechat 1 hod míchat

Nanášení solu: technikou dip-coating Zařízení na potahování substrátu: dip - coater (obrázek) Podmínky potahování - rychlost ponořování do solu: 20 cm/min. - doba výdrže v solu: 30 s - rychlost vytahování ze solu: 6 cm/min. Sušení povlaků - 60 C po dobu 30 min regulace rychlosti vytahování substrátu ze solu Výpal povlaků - 450 C, 500 C, 550 C - po dobu 30 s - 2 hod Držák substrátu PET nádobka se solem

Experimentální část 2: Charakterizace vypálených povlaků Absorpční spektrofotometrie - měření absorpce elektromagnetického záření substrátu s naneseným povlakem - molekuly pohlcují elektromagnetické záření určitých vlnových délek - pokud se vlnová délka absorbovaného záření pohybuje v rozmezí viditelné oblasti, jeví se vzorek jako barevný K měření bude použit UV/VIS spektrofotometr Shimadzu UV-2450 Absorbance bude měřena v rozmezí vlnových délek 300-700 nm Data budou zpracována pomocí počítačového softwaru Bude sledován vliv teploty a doby výpalu na jejich barevnost

ZDROJE Brinker C.J., Scherer G.W.: Sol gel science:the physics and chemistry of sol-gel processing, Academic press, London, 1990 Plško A., ExnarP.: Použitie metódy sól-gel pre prípravu špeciálnych materiálov, najmä skiel, Silikáty, 33, 69-84, 1989 Novotný M.: Sol-gel vrstvy s obsahem stříbra, Diplomová práce, VŠCHT, 1998 www.vscht.cz www.solgel.com www.getty.edu