Sol-gel: Un método de temperatura ambiente para formar vidrios.

La mayoría de las personas creen que se necesitan altas temperaturas para obtener vidrios de alta calidad. La técnica sol-gel permite formar a temperatura ambiente vidrios de calidad excepcional.

Qué es el vidrio

Es una sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice (SiO2) que puede contener con boratos o fosfatos. También se encuentra en la naturaleza, por ejemplo en la obsidiana, un material volcánico, El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado intermedio en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización; el calentamiento puede devolverle su forma líquida. Suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación.

Cómo se forma el vidrio a altas temperaturas.

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de varias sustancias, como sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes. El horno debe alcanzar una temperatura de 1.500 °C y después enfriarlo en hasta la temperatura de 1.200 a 800 °C. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación. Estas altas temperaturas fueron una limitante para hacer dispositivos electrónicos con los vidrios, hasta que recientemente se desarrollo la técnica sol-gel.

Qué es la técnica sol-gel.

Consiste en la reacción química, la hidrólisis, de los precursores moleculares y la policondensación a una forma vidriosa. En otras palabras, el proceso sol-gel es una reacción química, donde un liquido se va condensando hasta formar un sólido. El proceso se parece mucho a la formación de la gelatina, la cual primero es un líquido y después de esperar un tiempo se hace sólido.

Por medio de esta técnica se pueden obtener vidrios a temperatura ambiente (alrededor de los 20 grados centígrados), en condiciones de presión normal y en menos de 30 minutos se crea un vidrio rígido. La técnica permite la incorporación de sustancias orgánicas e inorgánicas durante la formación de la red vidriosa, pues está es altamente porosa. Veamos ahora las aplicaciones del sol-gel.


Aplicaciones tecnológicas del sol-gel

La técnica sol-gel permite obtener materiales gruesos, también conocidos como en bulto; recubrimientos (también llamados películas delgadas), fibras ópticas, entre otros formatos. Cada uno de ellos tiene características que tecnológicamente se pueden explotar para el bien de la sociedad.

Se puede hacer una mezcla de material inorgánico (como el vidrio) y un material orgánico (como un polímero). De tal modo que se pueden conseguir materiales poliméricos con propiedades prediseñadas y protegidos por un vidrio. Los materiales híbridos presentan mejor respuesta para alcanzar una forma específica, son más estables ante esfuerzos mecánicos y de cambios de temperatura. Veamos un ejemplo puntual:

Láseres entonables sólidos. Moléculas como la Rodamina 6G, al ser iluminada con luz verde (e.g. 532 nm) presenta el fenómeno de fluorescencia, es decir, reemitirá esa luz en otros colores (otras longitudes de onda), en su fase liquida dicha molécula orgánica se puede emplear para hacer láseres que varían su color por medio de un selector o entonador apropiado. Sin embargo, esta molécula se degrada rápidamente, es cancerigena y no se puede condesar para obtener un sólido útil para un láser. Afortunadamente, la molécula de Rodamina 6G se puede incorporar al sol-gel, mientras es un líquido; se incorpora fácilmente y queda encerrada cuando el sol-gel solidifica. De tal modo que el líquido sol se puede colocar en moldes o manipular para obtener un material sólido para un láser eficiente.



Conclusiones

Nuestra sociedad se ha beneficiado grandemente por el desarrollo de materiales vítreos. Existen muchas clases de vidrios y sus modos de preparación son variados. La técnica sol-gel nos permite obtener vidrios de calidad excepcional en condiciones muy cómodas: a temperatura ambiente, a presión atmosférica y en menos de 30 minutos.

Al incorporar al vidrio una molécula orgánica, ópticamente activa (e.g. rodamina) se puede obtener la base de un desarrollo tecnológico de vanguardia, como un láser de estado sólido, al cual se le puede seleccionar el color de emisión. Se pueden hacer otras combinaciones vidrio-polímero para hacer diferentes dispositivos tecnológicos.

El estudio del sol-gel representa una ventana de oportunidades científicas y tecnológicas muy innovadoras que se deben aprovechar por el bien de nuestra comunidad.

Enlaces relacionados:


Vidrios fabricados por ondas ultrasónicas, para óptica no-lineal


Encapsulando sistemas orgánicos en Si02 para óptica de alto nivel.


Octopolos orgánicos para hacer generación de segundo armónico


Para saber más del tema.

1 C. J. Brinker and G. W. Scherer, Sol-Gel Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, New York, Academic Press, 1990.
2 the sol-gel gateway http://www.solgel.com/

8 comentarios:

  1. Anónimo11:47 a.m.

    me ha gustado el articulo de sol-gel, no entras en detalle pero para tener una idea general esta bien. gracias

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  2. jeseifer@hotmail.com9:54 p.m.

    Y ¿Que tipo de equipo necesitamos? ¿Podemos hacer sol gel para ualquier combinacion de oxidos?

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  3. Hola, gracias por sus comentarios.

    Yo uso un liquido con silicatos: TEOS, agua y sonda ultraonica para activar la reaccion quimica.

    Espero les sirva

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  4. Anónimo1:59 a.m.

    muy bueno el articulo y el blog, mis felicitaciones, ahora querria hacerle una pregunta con respecto a los vidrios creados por el metodo de Sol-Gel cuales son sus caracteristicas fisicas? y como esta compuesto, alli habla de que el vidrio se produce a temperatura ambiente a que se refiere con eso segun tengo entendido es necesario un tratamiento termico para el terminado del mismo, desde ya muchisimas gracias por su respuesta.

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  5. Sobre las últimas prengutas sobre el aspecto del sol-gel que hacemos.

    Es altamente trasparente, En estado puro, lo podemos formar en pastillas de aprox. un 1 cm de diámetro, su indice de refracción es de apróx 1.3 (menor que el vidrio común de las ventanas).

    En nuestro caso, el proceso térmico es opcional para formar monolitos.

    En el post he puesto unos enlaces que amplían más esta información.

    Espero que les sea útil.

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  6. Anónimo6:39 a.m.

    Muchas gracias por su respuesta... querría hacer un salvado a la pregunta anterior en la cual no me referí a su aspecto visual sino a sus aspectos físicos de resistencia térmica, eléctrica, etc. ósea a las propiedades FISICAS del producto terminado, de todos modos no esta de mas su descripción y se agradece. En cuanto a dicho gel se puede aplicar en sustratos del tipo metálico? como recubrimiento delgado o capa protectora que método se aplicaría para tal fin? y en cuanto a la pregunta anterior de como esta compuesto me referí a si su base es de óxido de silicio, para saber aproximadamente cuales son las propiedades que adquiere el producto terminado aproximadamente. Vi los enlaces pero no pude encontrar las dudas a mis preguntas desde ya estimado Vicente mi agradecimiento y saludos cordiales.

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  7. El sol gel que obtenemos es SiO2 puro, por lo cual es aislante, termicamente es muy estable, por su puesto por arriba de los 1,000 grados centi. hay cambios de estructura tipicos de la silice.

    Efectivamente, hemos aplicado este sol gel como recubrimiento sobre sustratos metalizados (e.g ITO).

    Los enlaces que te mande tienen los links a los articulos formales, publicados en revistas con factor de impacto, en esos articulos estan más detalles e información que pides.

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  8. Anónimo10:21 p.m.

    muy bueno para ideas generales, me gusta

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