Глава V. Раздел 4. Золь-гель технологии

Для начала рассмотрим некоторые основные, но не простые понятия, лежащие в фундаменте золь - гель технологии. Дисперсными называют микрогетерогенные, состоящие из двух и более фаз системы, состоящие из множества малых частиц, распределенных в непрерывной жидкой, твердой или газообразной среде, называемой дисперсионной. Коллоидными системами называют дисперсные системы с наиболее высокой степенью раздробленности вещества дисперсной фазы. Очевидно, что понятие дисперсной системы значительно шире, чем коллоидной системы. Высокая дисперсность придает веществам новые качественные признаки. Свойства вещества меняются, в зависимости от степени его раздробленности, и чем выше соотношение поверхность/объем, тем больше и существеннее отличия. Частицы дисперсной фазы имеют размер от нескольких нанометров до сотен микрон, что уже несколько выходит за пределы наномира в своей верхней границе.

Большая поверхность раздела создает в коллоидных системах большой запас поверхностной энергии Гиббса, что делает коллоидные системы термодинамически неустойчивыми и чрезвычайно реакционноспособными. Классификацию дисперсных систем проводят на основе различных признаков: по размеру частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы между собой и со средой.

Наиболее распространена классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Возможно существование восьми типов коллоидных систем, для удобства ленивого читателя сведенных в таблицу 5.4.1. Система "газ в газе" является гомогенной и поэтому в число рассматриваемых в данной таблице случаев не входит.

Таблица 5.4.1

Термин суспензия происходит от латинского слова "suspensio" (подвешивание), то есть это дисперсии, в которых частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде. Под термином "золь - гель" технология подразумевается совокупность процессов приготовления неорганических материалов, общими признаками которых являются гомогенизация исходных составляющих в виде раствора, их перевод в золь, а затем в гель.

Общими для всех дисперсных систем фундаментальными физико-химическими признаками являются: гетерогенность, то есть наличие поверхности раздела между фазами, и дисперсность - (раздробленность). Роль этих факторов в проявлении разнообразных свойств дисперсных систем и прежде всего их агрегативной и седи- ментационной устойчивостей становится более существенной по мере увеличения дисперсности и соответствующего уменьшения размера частиц и их концентрации в жидкой и газовой дисперсионных средах. Агрегативная устойчивость - это устойчивость к коагуляции, т.е. слипанию частиц дисперсных фаз, а седиментацион- ная устойчивость - это устойчивость к их осаждению из дисперсионной среды. Соответственно увеличивается и свободная (избыточная) межфазная энергия, а эта энергия, как следует из принципа Гиббса—Гельмгольца, в дисперсных системах стремится самопроизвольно уменьшиться.

Процесс уменьшения межфазной энергии реализуется в результате коагуляции - укрупнения, слипания частиц, сопровождающейся снижением свободной поверхностной энергии AF за счет уменьшения удельной поверхности дисперсных фаз при возникновении контактов между частицами в соответствии с соотношением:

AF = 8AS = AU - NAS*(1)

где 8 - поверхностное натяжение, S— удельная поверхность системы. AU - изменение полной поверхностной энергии системы. Т- абсолютная температура, S* - энтропия системы.

Процесс коагуляции особенно интенсивно протекает в гидрофобных агрегатив- но неустойчивых дисперсных системах и при достижении некоторой критической концентрации частиц дисперсных фаз в жидкой или газовой дисперсионных средах приводит к спонтанному возникновению объемной пространственной структурной сетки, которая и является гелем.

Возникновение пространственных структур и переход от свободно - дисперсных к связанно-дисперсным (агрегированным) системам кардинальным образом изменяет их основные структурно-механические свойства. Они полностью утрачивают агрегативную устойчивость, но при этом становятся седиментационно- устойчивыми, так как наличие структурной сетки удерживает частицы дисперсных фаз, зафиксированные в ней, от осаждения. Вместе с тем такие системы утрачивают текучесть и подвижность, Вязкость непрерывно растет с ростом дисперсности и соответствующим уменьшением размера частиц и их концентрации в дисперсионных средах. В числе многих факторов, определяющих сложную совокупность свойств структурированных дисперсных систем, можно выделить две группы основных фундаментальных параметров. К ним относятся сила и энергия сцепления (взаимодействия) в контактах между частицами дисперсных фаз и число контактов между ними в единице объема.

В свою очередь сила и энергия взаимодействия в контактах между частицами зависят от природы контактов: Непосредственных (атомных), возникающих в высокодисперсных порошках с энергией сцепления порядка 10-17 - 10-16 Дж. Коагуляционных, возникающих в пастах (суспензиях) или эмульсиях через тонкую прослойку жидкости с энергией сцепления 10-19 - 10-18 Дж. Прочных, так называемых фазовых контактов, характерных для конденсационных структур дисперсных материалов с энергией сцепления свыше 10-17 - 10-16

Дж.

Особенностью относительно малопрочных структур с контактами первого и второго видов является их полная обратимость по прочности. Будучи разрушены, они при прекращении внешних механических воздействий на структуру способны самопроизвольно восстанавливаться до первоначального уровня.

ров или расплавов (при их охлаждении), полимеризации, спекания, пластической деформации при прессовании, удалении жидкой дисперсионной среды и т.д.

Минимальное значение площадки фазового контакта соответствует -10 межатомных связей. По существу при такой минимальной площади фазовый контакт не отличается от атомного, характерного для высокодисперсных порошков. Поскольку на такой площадке (ее величина составляет примерно 10-16 м2) вероятность появления дефекта весьма мала, то прочность контакта приближается к теоретической прочности идеального твердого тела. Можно сказать, что прочность таких структур весьма высока, что следует взять на заметку и запомнить.

При образовании сетчатой структуры число коагуляционных контактов между частицами дисперсных фаз резко спонтанно возрастает, и соответственно растут прочность и вязкость образующейся структуры. Тем не менее в начальной стадии этого процесса структура еще сохраняет способность к тиксотропному восстановлению после прекращения механических воздействий. Далее на фоне коагуляционных структур образуется структура нового типа, основным элементом которой становится сросток, то есть прочный фазовый контакт. Прочность структуры при этом резко возрастает.

Вместе с тем разрушение таких фазовых контактов (в отличие от первоначально возникающих коагуляционных) носит уже необратимый характер и поэтому сопровождается необратимым понижением прочности образовавшейся структуры. При этом она полностью утрачивает способность к тиксотропному восстановлению после разрушения. Такой непрерывный переход одного типа структур в другой, их сосуществование, а затем на завершающей стадии процесса превалирование структур с необратимо разрушающимися фазовыми контактами характерен для получения многочисленных дисперсных материалов с различными видами связующих, типа цементов.

Основными параметрами, определяющими возникновение таких структур и возможность их существования являются критический характерный размер частиц, начиная с которого становится возможным возникновение дисперсных структур в дисперсных системах и критическая концентрация частиц дисперсной фазы, при достижении которой такие структуры возникают. Можно предположить, что коагуляционная структура в дисперсных системах может возникнуть в том случае, если молекулярные силы сцепления между частицами (fG) становятся соизмеримыми с весом (или превышающими вес) частиц дисперсных фаз в данной среде (Р).

Тогда для характерного среднего диаметра частицы d для систем с непосредственными атомными контактами (порошков) можно записать:

где р - приведенная плотность частицы в данной дисперсионной среде, g— ускорение силы тяжести.

Для дисперсий с жидкой дисперсионной средой (пасты, суспензии) в случае лиофобных взаимодействий (ближняя коагуляция') критический размер частиц d может быть получен из соотношения:

а для структур, образуемых слабыми коагуляционными контактами:

где h, и h2 - расстояния между поверхностями контактирующих частиц (фактически толщина прослойки жидкости между частицами), k=0,2 - безразмерный коэффициент, A - константа молекулярных взаимодействий (константа Гамакера, ~10-19 - 10-20 Дж), B - константа, учитывающая электромагнитное запаздывание дисперсионных сил на дальнем расстоянии - свыше 10 нм, и равная 10-28 Дж-м.

Золь - гель технология подразделяется на две группы принципиально разных способов - получения "химического геля" (гидролиз и поликонденсация алкооксидов) и "физического геля" (гелирование неорганических золей). При технологии "химического геля" исходными материалами являются алкоксиды металлов или неметаллов, из которых приготовляется гомогенный спиртовой раствор, из которого методами гидролиза и поликонденсации получают мономеры оксидов. Эти мономеры переводятся в гомогенный некристаллический гель, из которого за счет термообработки получают так называемый ксерогель. Технология "физического геля" заключается в приготовлении гомогенного водного, а не спиртового (увы), раствора солей металлов или неметаллов, из которого методом гидролиза получают аква-, гидроксо- и оксо-комплексы. Эти комплексы переводят затем в гомогенный коллоидный золь, из которого получают некристаллический гель и аналогично ксе- рогель.

Вдумчивый и внимательный читатель безусловно заметит, что в обоих случаях технологические процессы начинаются с приготовления растворов, после чего идут операции гидролиза и поликонденсации. (Для невдумчивого читателя напомним, что гидролизом называется реакция разложения вещества под действием воды. Так, к примеру гидролиз целлюлозы под действием минеральных кислот позволяет получать популярный в массах гидролизный спирт). Однако, только в технологии получения "физического геля" требуется приготовление устойчивого золя. Алкокси- ды также позволяют синтезировать золи, но, как правило, гели получают, минуя явно выраженное состояние золя.

Имеются различия и в свойствах получаемого геля. Образование "физического геля" - процесс, как правило, обратимый, т.е. свежевыпавшие осадки поддаются пептизации (дезагрегации частиц). "Химический гель" не поддается последующей пептизации.

Получение "химического геля". Состав алкоксидов выражается общей формулой М(ОЯ)2, где М - Si, Al, Ti, Sn, Zr и т.д.; R - алкильная группа, например СН3, Z - степень окисления элемента М. Алкоксиды многих элементов - жидкости при комнатной температуре, например, широко используемый в полупроводниковой технологии тетраэтоксисилан -Алкоксиды в той или

иной степени растворимы в спирте и других органических растворителях. При добавлении воды в спиртовой раствор алкоксида происходит гидролиз последнего по схеме:

Гидролиз алкоксидов приводит к образованию мономеров гидроксидов, которые выступают в качестве активных центров в реакции поликонденсации. Реакции гидролиза и поликонденсации алкоксидов обычно протекают одновременно, они приводят к образованию димеров и затем более сложных структур. В результате процесса поликонденсации формируются очень мелкие частицы размером 3 - 4 нм (частицы "золя"), из которых строится трехмерная сетка "химического геля". Как отмечалось выше, в процессах с алкоголатами золеобразное состояние в явной форме не выделяется. Состав и структура продукта зависят от природы атома М и условий протекания процесса. Управление процессом в значительной мере связано с регулированием соотношений H2O:M-OR в реакционной системе, а так же от величины рН раствора.

Получение "физического геля". Водная химия приготовления растворов неорганических солей является весьма сложной и не очень понятной наукой и на практике отличается от тех простых истин, которые предлагают школьные и институтские учебники. Она осложнена процессами комплексообразования и гидролиза. Ионы в растворе взаимодействуют не только друг с другом, но и с молекулами растворителя, и не всегда можно предсказать, как именно они взаимодействуют. Характер этих взаимодействий различен и зависит от типа ионов и природы сил, действующих между ними. Совокупность энергетических и структурных изменений, происходящих в растворе, при взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя называют сольватацией (если растворитель вода, то гидратацией).

В отсутствие других реагентов в растворе в качестве лигандов (молекул или ионов, непосредственно связанных с центральным атомом металла) могут выступать аква- (ОН2), гидроксо- (-ОН) и оксо- (=О) группы. Состояние ионов конкретных элементов в водных растворах зависит от заряда Z катиона MZ+ и рН сре-

ды. Чем выше заряд катиона и чем выше рН раствора, тем больше превращение аква-комплекса в гидроксо- и оксо-комплексы.

Присутствие в растворе других анионов может существенно влиять на состав и устойчивость аква- и гидроксо-комплексов. При координации анионных соединений Х- обычно проявляется замещением других лигандов, образование и устойчивость такого комплекса оценивают на основе реакции диссоциации:

Равновесие реакции смещается влево, если ион Х- менее электроотрицательный, чем лиганды Н2О. В этом случае ион Х- дает более ковалентную связь М-Х. Устойчивость этой связи влияет и на процесс гидролиза:

При определенных условиях комплексы могут участвовать в реакции конденсации. При этом участвующие группы подразделяются на входящие и исходящие. Аква - группы выступают всегда как уходящие группы и аква комплексы не склонны к конденсации. Оксо - ионы являются плохими уходящими группами. Для понимания природы образования геля обратимся к общепринятой мицеллярной теории строения коллоидных растворов, в соответствии, с которой золь состоит из двух частей: мицелл и интермицеллярной жидкости. Мицеллой называется структурная коллоидная единица, представляющая собой частицу дисперсной фазы, окруженную двойным электрическим полем. Интермицеллярной (т.е. межмицеллярной) жидкостью на-

зывается дисперсионная среда, разделяющая мицеллы, и являющаяся раствором электролитов, неэлектролитов, поверхностно - активных веществ и прочих компонентов.

В качестве примера рассмотрим золь иодида серебра, образующийся в ходе химической реакции между азотнокислым серебром и иодистым калием. В результате реакции образуются мельчайшие микрокристаллы трудно растворимого в воде иодида серебра (AgI), которые и составляют основу

коллоидных частиц. Эти микрокристаллы называют агрегатами. Если реакция протекает при избытке KI, то на поверхности агрегата в результате избирательной адсорбции анионов иода возникает отрицательно заряженный слой, как это проиллюстрировано на рис. 5.4.2.

Ионы иода в данном случае являются потенциалобразующими (ПОИ). Агрегат, состоящий из m молекул иодида серебра и ПОИ образуют ядро мицеллы. Под действием электростатических сил к ядру притягивается некоторое число n ионов противоположного знака, в данном случае калия, так называемых противоионов, частично компенсирующих заряд ядра. Часть ионов (n - x), наиболее близко расположенных к ядру, находится в слое жидкости, смачивающем поверхность твердого ядра, Эти ионы испытывают воздействие не только электростатических, но и Ван-дер-ваальсовых сил ядра, поэтому достаточно прочно удерживаются около него и образуют так называемый адсорбционный слой противоионов. Остальная часть противоионов х под влиянием теплового движения расположена в жидкой фазе диффузно. (т.е. размыто) и носит название диффузного слоя. Все это образование вместе и называется мицеллой.

В целом мицеллы золей электронейтральны. Чтобы не утомляться рисованием каждый раз таких рисунков структуру мицеллы, изображенной на рис.5.4.2 можно записать в виде формулы:

где m - число молекул, входящих в состав агрегата; n - число потенциалобразующих ионов; (n-x) - число противоионов, входящих в адсорбционный слой; х - число противоионов, образующих диффузный слой.

Ядро вместе с адсорбционным слоем образуют собственно коллоидную частицу или гранулу. В отличие от мицеллы в целом гранула имеет заряд, в данном случае отрицательный (-х). Граница между гранулой и диффузным слоем носит название поверхности скольжения (или границы скольжения и обозначает ту геометрическую поверхность, по которой происходит разделение мицеллы на коллоидную частицу и диффузный слой в случае ее перемещения относительно дисперсионной среды (например, при броуновском движении или при движении под воздействием электрического поля).

Физическая теория устойчивости коллоидных систем была развита Б.В. Дерягиным и Л.Д. Ландау (1937) и Э. Фервеем и Я. Овербеком (1941 г.), вследствие чего в соответствии с первыми буквами фамилий носит название ДЛФО (неудобно произносимо, зато почетно). Согласно этой теории, между любыми частицами при их сближении возникает так называемое расклинивающее давление разделяющей жидкой прослойки. Состояние системы зависит от баланса энергии притяжения и отталкивания. Принято считать, что энергия притяжения ипр обусловлена силами Ван-дер-Ваальса и изменяется обратно-пропорционально квадрату расстояния х между частицами, что можно записать в виде:

где А - константа молекулярных сил притяжения.

Силы отталкивания, согласно теории ДЛФО, носят электростатический характер, и проявляются, если две одноименно заряженные частицы сближаются настолько, что их диффузные слои взаимно перекрываются. При этом принято считать, что энергия отталкивания убывает с увеличением расстояния между центрами мицелл по экспоненциальному закону:

где В - коэффициент, зависящий от значений потенциалов двойного электрического слоя; х - величина, обратная толщине диффузного слоя. На рис. 5.4.3 представлены зависимостии зависимость суммарной энергии сис

темы, которая выражена следующим образом:

В данном выражении энергия отталкивания принята за положительную величину и откладывается по оси ординат вверх от начала координат.

Анализ приведенной на рисунке результирующей кривой U = f(x) позволяет выделить на ней некоторые характерные участки. В области малых расстояний между частицами на кривой имеется глубокий минимум, который соответствует потенциальной яме. В области больших расстояний также может быть преобладание эффекта притяжения, что соответствует второй потенциальной яме.

В области средних расстояний на кривой имеется некий максимум, и, если он расположен над осью абсцисс, как это имеет место на рис. 5.4.3, то появляется

энергетический барьер сил отталкиванияВеличи

назависит от свойств коллоидной системы и определяется коэффициентами А, В и.

Поскольку              частицы

дисперсной фазы находятся не при температуре абсолютного нуля, то они обладают кинетической энергией ~ КТ, за счет которой могут сближаться друг с другом на то или иное расстояние.

В зависимости от соотношенийпри сближении частиц возмож

ны следующие варианты их поведения:

В этом варианте частицы не могут преодолеть барьер и расходятся без взаимодействия. Система агрегативно устойчива. В этом случае броуновское движение может сблизить частицы, которые в результате этого сближения попадают в первую (глубокую) потенциальную яму и в результате приходят в непосредственное соприкосновение. Происходит элементарный акт коагуляции. Коагуляция - процесс слипания частиц в дисперсных системах, ведущий к уменьшению числа частиц дисперсной фазы и к увеличению их массы. Теория броуновской коагуляции разработана М. Смолухов- ским.

В этом случае имеет место дальнее взаимодействие двух частиц. Сближаясь в процессе броуновского движения на расстояние, соответствующее второй потенциальной яме, частицы не могут преодолеть барьеи приблизится вплотную.

Происходит структурирование системы (образование геля). При этом между частицами сохраняются прослойки дисперсной фазы.

Приведенные закономерности хорошо согласуются с поведением гидрофобных золей. Если частицы золя имеют высокий электрический потенциал и большую толщину диффузного слоя, то при перекрытии двойного электрического слоя двух частиц энергия электростатического отталкивания преобладает над энергией межмолекулярного притяжения. Возникает энергетический барьерпрепятствующий слипанию частиц, поэтому сблизившиеся частицы вновь расходятся и удаляются друг от друга. Система является агрегативно устойчивой. Для осуществления перехода "золь - гель" необходимо сжать диффузные слои. Этого можно достичь путем добавления электролитов. При этом возможное расстояние сближения между частицами становится меньшим. Силы притяжения и отталкивания образуют потенциальную яму и происходит гелеобразование. При дальнейшем уменьшении диффузных слоев достигается условие малости расстояния между частицами, когда силы притяжения заведомо преобладают над силами отталкивания. В результате наблюдается коагуляция золя.

Рассмотренная схема осуществления процессов гелеобразования позволяет понять и причины потери агрегативной устойчивости системы при температурном воздействии. Все факторы, снижающие величину потенциального барьера ЛиБ (измеряемого в единицах КТ), неизбежно понижают агрегативную устойчивость системы. Процессы старения, сопровождающиеся изменениями рассмотренных факторов, также влияют на процессы, происходящие в "золь - гель" системах.

Как отмечалось выше, для растворов, в которых существенна роль адсорбцион- но - сольватного фактора устойчивости, теория ДЛФО является приближенной. В этих случаях необходимо учитывать особенности адсорбции и сродства ионов к растворителю.

Отметим также, что в золь - гель процессах можно управлять заряженностью частиц. Например, если для рассмотренного случая изменить концентрацию исходных компонентов (проводить реакцию взаимодействия AgNO3 и KI в присутствии избытка AgNO3), то на агрегатах трудно растворимого AgI будут избирательно адсорбироваться не ионы I-, а ионы Ag+, и формула мицеллы будет иметь вид:

{m[Agl]nAg + (n - x)NO3} + x(NO3)-

При получении золей могут быть использованы различные типы химических реакций (восстановления, окисления, двойного обмена, гидролиза); методы физической конденсации (путем замены растворителя или при пропускании паров какого-либо вещества в жидкости) а также электрические методы (метод Брандта - распыление металлов в вольтовой дуге под водой или в органической жидкости; метод Сведберга - распыление в высокочастотном разряде).

Эффективный способ получения золей из молекулярных пучков был разработан Рогинским и Шальниковым. Сущность метода заключается в совместном испарении в вакууме диспергируемого вещества и растворителя. Смешанные пары конденсируются и замораживаются, после чего смесь размораживают и собирают в специальную емкость. Этим способом были получены труднодоступные золи многих веществ. Метод обеспечивает высокую чистоту получаемых золей.

Основная часть методов получения устойчивых золей решает задачу регулирования в жидкой фазе системы соотношения М:Х (где М - ион металла, Х - анион), а именно понижения содержания в растворах анионов (или в целом электролитов). Иногда возникает необходимость и в удалении катионов. Большое разнообразие способов приготовления устойчивых золей связано с использованием различных физико-химических методов, которые тем или иным способом достигают поставленной цели:

Ионный обмен применяют чаще всего для поглощения как анионов, так и катионов (аниониты в ОН- форме, катиониты в Н- форме). Используют динамический и статический режимы процесса.

Диализ - один из первых физико-химических методов, исторически применяемых для получения золей. Сущность метода заключается в извлечении из раствора низкомолекулярных веществ чистым растворителем через полупроницаемую перегородку (мембрану), не пропускающую коллоидные частицы. Путем смены растворителя можно практически полностью удалить из коллоидного раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. К недостаткам метода следует отнести большую длительность процесса.

Электродиализ отличается непрерывностью процесса и возможностью получать концентрационные, практически чистые золи оксидов Si, Al, Sb, Cr, Mn, Sn. Сущность электродиализа заключается в ускорении процесса переноса катионов и анионов через полупроницаемые мембраны под воздействием электрического поля.

Электролиз является эффективным способом получения некоторых золей (Sn, Ni, Zr и др.). Из водных растворов хлоридов металлов удаляют хлористоводородную кислоту путем разложения ее на хлор и водород, что, разумеется, вносит свои технологические сложности ввиду не полезности этих продуктов для человеческих организмов.

Экстракция также может применяться для удаления электролитов из водных фаз (TiCl4, Cr(NO3)3 и др.), что приводит к образованию золей.

Кроме того для приготовления золей могут применяться методы диспергации и пептизации. При диспергации вначале получают осадок малорастворимого соеди-

Рис. 5.4.4. Схема превращения золя (а) в гель (б), продукты его старения (в) и высушивание (г). ! - жидкая фаза, 2 - частицы.

нения, а затем его измельчают механическими методами. Метод пептизации заключается в дезагрегации частиц. Различают три способа пептизации: . адсорбционная пептизация; . диссолюционная (или химическая) пептизация; . промывание осадка растворителем (дисперсионной средой). Процесс пепти- зации успешно протекает, если осадок не испытал не испытал рекристаллизацию или старение.

Как отмечалось выше, при образовании геля первичные частицы формируют пространственную сетку, в которой иммобилизована жидкая фаза. Другими словами гель представляет собой многофазную систему (как минимум двухфазную), построенную из частиц очень малых размеров. Такая система имеет большую поверхность раздела фаз, избыток энергии Гиббса и вследствие этого термодинамически неустойчива. Склонность гелей к упорядочению проявляется уже в процессе их старения, как это показано на рис. 5.4.4.

При старении продолжается поликонденсация непосредственно в сетке геля (пока сохраняются группы М-ОН), проявляется синерезис (самопроизвольное уменьшение объема сетки, сопровождающееся отделением жидкости из пор), наступает огрубление пространственной сетки за счет процессов растворения и пере- осаждения вещества, из которого состоят первичные частицы разных размеров. Это

связано с процессом образования дополнительных связей между частицами внутри звеньев сетки, а также между соседними цепями. Результаты старения существенно проявляются на стадии сушки.

Сушка - важная операция золь - гель технологии. Она вызывает глубокие изменения в геле и сопровождается большой усадкой, повышением плотности упаковки первичных частиц, уменьшением зазоров между ними и понижением удельной поверхности материалов. При сушке происходит испарение жидкости из капилляров. Под действием капиллярных сил происходит сжатие геля и при этом возможно возникновение механических напряжений, которые могут приводить не только к деформации, но и к разрушению гель-сфер.

Капиллярные силы влияют также на пористость формирующегося при сушке материала. Чтобы уменьшить перепад давления в капиллярах, в жидкую фазу геля вводят поверхностно-активные вещества или используют растворы веществ с низким значениями коэффициента поверхностного натяжения.

Особый эффект достигается, когда жидкость из пор геля удаляется в паровую фазу в сверхкритических условиях при практически нулевом значении поверхностного натяжения. При этом гель не дает усадки и переходит в аэрогель, объем пор в котором может достигать 98%.

В настоящее время золь-гель технологии неорганических материалов интенсивно развиваются. С их помощью получены новые виды тонкой керамики, тонкие пленки с уникальными физическими свойствами, оптические среды, неорганические композиты, нанокомпозиты. Очень большая часть научных разработок посвящена золь-гель технологиям оксидных материалов, что связано с исключительной ролью этих материалов в полупроводниковой газочувствительной сенсорике, катализе, волоконной оптике и радиотехнической керамике.