تعد عملية sol-gel طريقة متعددة الاستخدامات تستخدم في الإنتاج السيليكا الغروية ، والتي تنطوي على تحويل محلول السلائف (سول) إلى مادة تشبه الهلام. فيما يلي شرح خطوة بخطوة لعملية sol-gel لإنتاج السيليكا الغروية:

1. اختيار السلائف:

تبدأ العملية عادةً باختيار مادة تحتوي على السيليكون، عادةً رباعي إيثيل أورثوسيليكات (TEOS) أو سيليكات الصوديوم. يمكن أيضًا تضمين إضافات أخرى للتحكم في التفاعل والتأثير على خصائص السيليكا الغروية الناتجة.

2. التحلل المائي:

تخضع المادة الأولية المختارة للتحلل المائي، وهو تفاعل مع الماء، والذي يكسر جزيئات المادة الأولية إلى وحدات أصغر. تؤدي هذه الخطوة إلى تكوين مجموعات السيلانول (Si-OH) في المحلول.

رد فعل المثال:

\text{Si(OR)_4 H_2O} \rightarrow \text{Si(OH)_4 ROH}

3. التكثيف:

تخضع مجموعات السيلانول المتكونة في خطوة التحلل المائي للتكثيف المتعدد، حيث ترتبط معًا لتشكل شبكة ثلاثية الأبعاد. تؤدي هذه العملية إلى تكوين هياكل سيليكا أكبر، مما يؤدي إلى تحويل النظام من محلول (سول) إلى مادة هلامية.

رد فعل المثال:

\text{2Si(OH)_4} \rightarrow \text{Si_2O_3 2H_2O}

4. الجيلي:

ومع تقدم عملية التكثيف المتعدد، يخضع النظام للجيل، مما يحول المحلول السائل إلى بنية تشبه الهلام. يحتوي هذا الجل على شبكة مستمرة من جزيئات السيليكا.

5. الشيخوخة:

يسمح للجل بالعمر أو النضج لفترة محددة. تساهم الشيخوخة في تطوير بنية الهلام ويمكن أن تؤثر على خصائص السيليكا الغروية الناتجة.

6. التجفيف:

بعد الشيخوخة، يتعرض الجل للتجفيف لإزالة الطور السائل. ويمكن تحقيق ذلك من خلال طرق تجفيف مختلفة، مثل تجفيف الهواء أو تجفيف السوائل فوق الحرجة.

7. التكليس (اختياري):

في بعض الحالات، قد يخضع الجل المجفف للتكليس، وهي عملية معالجة حرارية. يزيل التكليس أي مكونات عضوية متبقية ويحول المادة إلى سيليكا غروية مستقرة وعالية النقاء.

8. التحكم في حجم الجسيمات:

طوال عملية هلام السول، يمكن التحكم بعناية في المعلمات مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والتركيز واختيار المواد المضافة للتأثير على حجم وخصائص جزيئات السيليكا الغروية.

9. الاستقرار:

للحفاظ على الاستقرار الغروي للجسيمات، يمكن إدخال عوامل التثبيت أو المواد الخافضة للتوتر السطحي أثناء العملية.

توفر عملية sol-gel المرونة في تصميم خصائص السيليكا الغروية، بما في ذلك حجم الجسيمات ومساحة السطح والتفاعلية. يتم استخدامه على نطاق واسع في العديد من الصناعات، بما في ذلك الطلاءات، المحفزات، التطبيقات الطبية الحيوية، وأكثر من ذلك. تسمح القدرة على التحكم في ظروف التوليف بإنتاج السيليكا الغروية بخصائص محددة مناسبة لتطبيقات متنوعة.