Золь-гель переход

Золь-гель переход (англ. sol gel transition) — процесс превращения золя в гель, протекающий при увеличении концентрации частиц дисперсной фазы в золе или под влиянием иных внешних воздействий (охлаждение, изменение pH, ионной силы раствора).

Описание

Размер частиц дисперсной фазы в стабильном высокодисперсном коллоидном растворе — золе — составляет 10⁻⁹−10⁻⁶ м. Увеличение концентрации дисперсной фазы приводит к появлению коагуляционных контактов между частицами и началу структурирования — гелеобразования. Коагуляционные структуры характеризуются низкой прочностью, определяемой ван-дер-ваальсовыми силами, при этом взаимодействие частиц осуществляется через равновесную по толщине прослойку дисперсионной среды. Для так называемых коагуляционных структур дальнего взаимодействия сила взаимодействия частиц составляет 10⁻¹¹−10⁻¹⁰ Н/контакт, а расстояние между ними — 10⁻⁸−10⁻⁷ м. Такие структуры характеризуются полным самопроизвольным восстановлением после механического разрушения. Дальнейшее повышение объемной концентрации дисперсной фазы приводит к постепенному исчезновению способности к восстановлению исходной структуры, а по мере снижения содержания дисперсионной среды теряются также эластичные и пластические свойства. При фиксации частиц в структуре, соответствующей ближней коагуляции, прочность коагуляционных контактов возрастает до 10⁻⁹−10⁻⁸, а расстояние между частицами снижается до 10⁻⁹ м. На этой стадии могут возникнуть и атомные (точечные) контакты, характеризующиеся прочностью 10⁻⁸−10⁻⁶ Н/контакт. Для повышения стабильности структур, регулирования реологических свойств и управления процессами структурообразования на прочность контактов воздействуют путём модификации поверхности частиц добавками ПАВ или путём создания в растворе пространственной структуры высокомолекулярного органического полимера.

Стимулированный замораживанием золь-гель переход

Частным случаем золь-гель перехода является переход при охлаждении золя ниже температуры кристаллизации растворителя.

При образовании кристаллов растворителя оставшаяся жидкость вытесняется в пространство между ними с одновременным повышением концентрации золя, которое стимулирует его переход в гелеобразное состояние.

Литература

• Золь-гель процесс // Химическая энциклопедия. Т. 2. — М.: Советская энциклопедия, 1990. С. 173—174.
• Золи // Химическая энциклопедия. Т. 2. — М.: Советская энциклопедия, 1990. С. 170.
• Гели // Химическая энциклопедия. Т. 1. — М.: Советская энциклопедия, 1990. С. 513.
• Encyclopedia of biomaterials and biomedical engineering / Ed. by G.E. Wnek and G.L. Bowlin — Marcel Dekker Inc., 2004 — vol. 2 — pp. 1017–1025
• Laurie J., Bagnall C.M. et al. Colloidal suspensions for the preparation of ceramics by a freeze casting route // Journal of Non-Crystalline Solids — vol. 147—148, 1992 — pp. 320–325
• Soltmann U., Böttcher H., Koch D., Grathwohl G. Freeze gelation: a new option for the production of biological ceramic composites (biocers) // Materials Letters — vol. 57(19), 2003 — pp. 2861–2865