Il processo sol-gel è un metodo per la sintesi di soluzioni colloidali che funzionano come precursori per la creazione di gel. Un sol è formato da una sospensione colloidale in cui particelle di soluto con dimensioni tra 1 nm e 1 μn sono disperse in un liquido. Mentre un gel è un sistema colloidale costituito da due fasi, con un liquido disperso e inglobato nella fase solida. Il processo sol-gel per la formazione di un gel da un sol avviene attraverso reazioni di idrolisi e condensazione. Questo metodo viene ampiamente utilizzato per produrre materiali come polveri abrasive, fibre ottiche, polveri ceramiche e film sottili.
La preparazione del sol coinvolge l’uso di materiali di partenza come sali metallici inorganici o composti organici metallici, come gli alcossidi metallici. Questi materiali subiscono idrolisi e condensazione per formare un idrossido e un oligopolimero.
Nel processo di preparazione del gel, un gel di silice può essere creato utilizzando alcossidi o silanoli, che subiscono reazioni di idrolisi e condensazione, spesso catalizzate da ambienti acidi o basici. Durante la reazione di idrolisi, un gruppo alcossidico -OR viene sostituito da un gruppo ossidrile -OH, mentre nelle reazioni di condensazione si ha la formazione di legami silossanici (Si-O-Si) con la produzione di acqua o alcol.
La polimerizzazione in un ambiente basico porta alla formazione di un sol, mentre in un ambiente acido, o in presenza di un agente flocculante, le particelle si aggregano in reticoli tridimensionali formando il gel. Le strutture ottenute possono accrescersi o aggregarsi fino a raggiungere grosse dimensioni con la formazione del gel.
L’allontanamento del solvente è attuato attraverso l’essiccazione, seguita da un trattamento termico per favorire ulteriori policondensazioni e migliorare le proprietà meccaniche e la stabilità strutturale del materiale attraverso la sinterizzazione.
Il processo sol-gel offre la possibilità di variare il tipo di solvente, le proporzioni tra alcossido metallico ed acqua nella reazione di idrolisi, la forza ionica del mezzo di reazione e il tipo di catalizzatore, portando così alla formazione di prodotti con differenti proprietà. Questa flessibilità rappresenta uno dei principali vantaggi offerti dal processo sol-gel.