纳米材料Sol-Gel基础应用纳米结构:水面工程进步

通过

夏维特范图拉*

实验室电化学研发,西班牙巴塞罗那

加泰罗尼亚大学,西班牙巴塞罗那

Tecnocrom工业Cabrera de Mar,西班牙巴塞罗那

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ABSTRACT ABSTRACT

多金属处理名词氧化结果,人可获取无变屏式氧化物、晶体屏式氧化物或无变纳米氧化物当前,高序纳米名式氧化铝用各种电解法生成纳米结构并产生数何特征素材可以做纳米线、纳米管和纳米点等各种纳米编译模板。 以这种方式,多孔光素可编译电化学化化

Sol-gel化学为获取各种材料提供了灵活方法。它允许实现不同的化学并产生各种纳米/微结构的能力

生物医学应用sol-gel素材被发现蕴藏巨大潜力趣味应用混合材料使用单凝化学实现异常复合性软凝素的另一个趣味特征是非同寻常形态,在微小和纳米尺度上是可实现的。 控制孔化能力在不同尺度和几何上证明是一个富有成果的研究领域,提供极佳生物活动并生产手机响应帮助绑定生物活性分子并控制释放治疗动作

关键字 :纳米结构学、多孔AAO薄膜学、纳米多名ANA学、纳米制造学、单凝化学、纳米载波机和生物机

开工导 言

光素薄膜用词氧化铝已被广泛研究成纳米结构材料的模类使用。多孔光素技术及其用法工具中的二氧化物涂层历史悠久。

高定序纳米孔数组使用需求极大,这些数万纳米数组可以通过多功能自组织生成,其中包括高密度存储介质、显示量子大小效果的功能性纳米材料、高度敏感化学传感器、纳米电子装置和功能性生化膜

光素氧化物薄膜被广泛用于制造各种纳米架构和纳米构件近十年来,许多材料,包括纳米电线、纳米管和纳米点阵列,都是用各种金属、半导体、氧化物和聚合物沉积在AAO薄膜孔洞内生成的i/

图1SEM纳米孔数组显微镜由二步注解生成,40V使用0.15MOXILICAY:(a) 平面视图,b)跨段视图et al.1997年

高孔硅、纳米多明信片、titania纳米管阵列和长道多孔聚合膜等超值子串常用作高级感测设备子串南极光化进程产生独特的结构、化学、光学、热机械特性和生物兼容性,此外还有可控几何学和可开发地表化学学

有序AAO显赫性能,如化学性能、热稳定性、硬性度和高表面积过去十年中,我们看到各种基于AAO膜应用的出现,如分子分离、化学生物感知设备、细胞粘合、催解、能量存储和药送工具2

图2显示典型AAO结构图和纳米结构材料主要应用

结构修改制造程序最近的进展和AAO结构生成复杂孔数化,包括分支化、多层化、调制和层次复杂性结构见2节

silica和doppedsilica素材通过溶液凝胶或无机聚合过程获取,也是功能性强的材料,应用范围之广令人印象深刻,并使用化学的两个柱面:合成分析。Silica微信从此看到多项应用,而今天,溶液凝胶所带来的好处得到了完全识别。此外,还开发出先进处理路线,说明凝胶过程问题方方面面。

3节旨在描述最常用的单凝合成路径,为生物医学应用制作陶瓷和玻璃网络Sol-gel化学为获取各种材料提供了灵活方法,它允许实现不同的化学并提供生产各种纳米/微结构的能力,除概述聚合过程外,还将讨论古典无机合成路径和共聚的使用问题,并同时修改合成程序允许进一步应用方法之间的常见联系得到强调,技术本身通过最近的应用进行讨论

后文更详细地描述生物医学领域,在那里探索并发现单凝素有巨大潜力。 最近开发的有趣领域之一与混合素材相关,即使用单凝素化实现异常复合性能sol-gels的另一个趣味特征是在微和纳米尺度上可实现的异常形态

二叉纳米化使用多孔aluma模板

自组织多孔反射纳米孔数组被用于编译各种纳米材料方法分类如下:半导体基片用多孔反射膜遮掩作用模式转换,用多孔反射模版用多孔反射模版沉降功能材料,形式为多孔aluma纳米孔数组通过电镀和单凝,用化学蒸发沉积作用材料

a.光化面罩

纳米孔转换半导体基数组对光带素材、现场发射数组和量子点数组等应用大有希望回想Fig薄多孔 Alumina薄膜与基底接触后被用作干蚀面罩使用。多孔aluma薄膜通过负电脉冲从铝板分解或通过稀释LogCl解析₂内孔底层屏蔽层除去argon等离子蚀刻或离子束蚀刻后,多孔反射膜贴入基底

高方向离子嵌入对基底嵌入十分必要,因为aluma纳米孔宽度比(深度对直径比)非常高。aluma掩码显示高耐受性IonBemEtching使用Br₂/N₂混合气系统J.纳米粒子研究,517-30(2003年))。使用这种方法,保持多孔 Alumina和Minimum基底间的差距对于实现超一致性至关重要。

近日Singubara(2003年)建议使用多孔 Alumina薄膜直接嵌入半导体基体上。 Si/SiO上编造薄多孔 Alumina薄膜5级₂光滑铝基体。用高自位RF等离子体反振离层证明有效向Si移位。由于纳米孔侧墙重新定位非挥发性材料,孔尺寸显著下降举例说,初始多孔 Alumina尺寸为40纳米时缩到10nsi孔时使用掩膜中多孔 Alumina纳米孔高端比,方法问题在于多孔aluma掩码厚度不一致性,需要专门设计注义氧化电极提高结果

b.CVD多孔 Alumina沉降

多孔反射线纳米孔中的化学稀释对CVD研究是一个挑战性题目。既然多孔反射线可包含极高的方位比漏洞,发现CVD可填高端比漏洞将极有意义 。 超临界流体工作是获取优处理剖面图的一种方法

薄膜通过超临界COC溶解的有机化物氢分解合成出受控深度₂受简单大规模运输模型引导,厚度介于1至60微米不等的半成膜沉入60至500微米之间规定深度

CVD多孔 Alumina中碳纳米管编组问题得到了深入研究。CNT-CVD热分解需要催解为人所共知。SEM图Fig显示使用电置Co和Nb定序数组位于铝层下方3级

图3SEM图像数组碳纳米管编译et al.1999年

例子Fig显示3使用钴催解热₂H级₂碳纳米管直径介于10-几百纳米长达100微米之间可生成该结构极有希望超密度场发射阵列。CNT通过Co透析生成多墙结构。还报告CNT通过微波等离子辅助CVD低温沉降约500C

C.防漏洞 Alumina电容

多项研究通过电镀填充多孔 Alumina纳米孔中传导材料。 电镀前底层屏障层应稀释至小于15nm稀释染色酸解法(pore扩展处理)或逐步调低adic电压至15V高孔 Alumina电磁材料研究活动近年来显著增强,据报告其他金属有纳米线阵列金银编组

3级索尔市‐gel合成p欧市极光

sol-gel为多孔 Alumina纳米孔内纳米材料填充提供替代合成路径

单散空纳米元件装晶状泰塔尼亚粒子,由四氟化水溶法填充

空纳米管组成₂O级₃和Ga₂O级₃sol-gel化学合成数组C-70单柱纳米线

a.单凝法中的有机先质

silgel过程提供关键利益,如低合成温度和可获取的广大数组叶科先质,而亚科托先质相关成本则有一定限制。

低温合成和精度实现特殊构件有可能大于进程的任何负方面。低温合成通过求解介导元素间强共价联结实现,这些元素本需高温生成。4级

图4初始水解和凝析四乙正单片-Si(OC)₂H级₅)₄silica寡头生产中:(a)向teOS介绍水;(b)H₂O表单高价基数与硅,c质子从水向邻接alkoxy群

必威bwei网址Sol-gel方法还直接从解析法中实现无粉处理镜片、陶瓷片和薄膜或纤维预片混合分子级,各种形状材料的生成温度比传统编程法可能低得多。

sol-gel处理的主要长处之一是综合混合有机材料的可能性,无机网络和有机网络的组合为设计新工程材料提供方便,而新工程材料有各种特性,应用范围广广Biomedical applications invariably require the design of new biomaterials, and this can be achieved by emerging sol-gel chemistry and biochemistry.  The gel-derived materials are excellent model systems for studying and controlling biochemical interactions within constrained matrices with enhanced bioactivity because of their surface chemistry, micro-/nano-pores and large specific surface area.  In biomedical applications, the coating of medical devices is an important issue.  Materials used in medical devices should have appropriate structural and mechanical properties and ideally promote a healing response without causing adverse immune reactions.  Medical services designers currently use various surface treatments such as coatings that enhance or modify properties such as lubricity, the degree of hydrophobicity, functionalisation and biocompatibility.Sol-gel技术为这些应用提供生产生物活性面的替代技术

Sol-gel薄膜处理提供多项长处,包括低温处理、易编译和精微结构化控制等。 sol-gel衍生薄片或层不仅提供高度生物兼容性,还提供高特异表面积和外部表面,其富化使得合适的生物模块易于实现功能化

多功能纳米粒子开发仍是一个重大的物质科学挑战,这些应用需要近距离控制粒子大小和离散氧化超磁性纳米粒子,这些粒子可用单凝法编译以降低退温需求

以磁纳米粒子组成并分布在硅矩阵中的Silica磁纳米复合物具有相关科技意义。 硅封装防止MNPs之间的交互作用并因此保证均匀分布。 后者对大多数应用高效性至关重要,包括诊断和治疗区,粒子必须显示高磁化作用,稳定反氧化作用,最重要的是,保持非聚合性

工程新骨组织带细胞和合成外细胞矩阵代表矿化组织再生有希望方法骨再生需要脚架材料,细胞可依附扩散并辨别出适合机体位置的功能和结构组织

骨是一种高度矿化组织,由多片矿物质组成,最相似于一种碳化水电形式(HCA),尽管由氯化钠、锌等外部离子做出重要贡献,在较小程度上由氟化物做出重要贡献。一般来说,HCA可被视为天然骨质模型并被广泛接受为生物活性材料,生物兼容性极强、骨电高超和合理的机械强度。 基于这些原因,HCA应用组织广泛使用,特别是骨骼再生

不过维沃data suggest that degradation or ion release from labile sources such as bioactive glasses promotes new bone formation, as opposed to the relatively lower ion release that occurs as a result of HCA minerals reaching equilibrium with their surrounding medium.  It appears that sol-gel methods hold the potential to apply an ever-increasing range of glass-based bioactive coating to materials, which have previously remained incompatible with alternative coating techniques.  Furthermore, the versatility of the sol-gel approach is opening new doors to previously unattainable compositions, again increasing the potential applications of sol-gel materials as fillers to replace tissue within necrotic or defect sites.

Sol-gel微封装技术及其广度应用潜力现已为人所熟知。此处相关内容是使用硅封装和控制释放水电阻塞分子,确保对高值嵌套服进行大量的化学和物理保护。

b.sol-gel方法与响应过程

单片悬浮固粒子,而凝胶链链状固相粒子网络组成连续实体e.g.改变初始先质,时间允许凝胶化、催化素化程度、凝胶条件或物理处理凝胶本身.Sol-gel过程允许通过凝胶解解析法生成固态材料并可用于产生大量实用型态。流程用Fig图解解解析5级

图5Sol-gel合成路径:流程定义为sol-gel下一步处理阶段显示非冗余性并视应用的具体需求合并

静态生成生物活性材料是可发生水解和凝析反应的阶梯,成功操作这些反应见Fig6级

图6后端凝聚级TEOS生产silica寡头silanol组对两个水解TEOS分子(a和b)和ilanol组与邻接alkoxy组(c和d)的凝聚产生免费H₂O类和乙醇类

图6显示,在凝聚期间只发生一种反应:从基调中损失 HO组。因此,这个机制可以是脱水或交错式反应。要前一反应发生,两个HO组必须参加Si-O-Si联结的形成,而后一反应则由质子直接转离组相邻基调产生

从这些反应中可以明显看出,pH会通过离散组促进水解,或高pH会导出OH群解剖并因此偏向冷凝⁺近邻环境中。此关系意味着上下pH值还可分别促进凝聚和水解silica系统反应由酸催解pH < 2.5和基本催解pH < 2.5解释,pH2.5比电点解释

sol-gel路线合成中,已实施分步响应机制控制水解率与凝析率之比一般来说,水解速率快于强酸条件中凝结速率Therefore, a well-ordered hexagonal arrangement of mesopores (a pore structure that is commonly formed in sol-gel silica materials) is formed at low pH in acidic conditions.   Meanwhile, in neutral or basic conditions ranging from pH 7 to pH 9, the rate of condensation is faster than that of hydrolysis, and eventually the materials prepared by a single-step reaction at high pH display a gel-like structure often without mesopores.  However, the higher electronegativity of transition metal species as compared to silicon and phosphorus can cause issues where condensation reactions proceed with an unfavorable bias away from the desired network composition or the end particulate structure.

类似硅、磷和先质可用作单凝过程内网络前端网络连通性差异导致网络结构比以硅基网络更加松散,因为硅酸盐能与邻近二元组分享所有四种氧原子。这反过来会增加可包含物种的广度和数量,但这种弹性以稳定性为代价,因为高电子容值=O联结使网络开通水解和传统融化衍生物一样,溶解性可由网络修饰物组合控制,主动物剂释放或相关物料的其他物理属性定制也是如此。

溶剂本身在判定凝胶反应率方面也起着重要作用。这种解析效果可分两种方式发生:通过粘性或水分效应。然而,溶剂显示改变NiO₂晶状结构能突出实验确认的需要,例如,用各种可用渠道生成一组变量,这些变量也必须控制,包括粘度效果或更精确地说介电常量

通过改变溶剂种类自二氧化物本身,基质可与亚二氧集团混合协调无疑,这将影响聚合方式,取决于全方位网络成型子串上协调组的具体组合

初始Si-O-Si桥因均衡正单酸Si(OH)而在初始桥上被动沉降可进一步加强₄silica组成colloids质量。此外,colople单凝法并不限于silica或silica系统

共生法的可应用性基于两个关键方面过程稳定化软粒子组成凝胶。粒子拥有相同的静电电荷,共生悬浮悬浮由潜在作用保持,而潜在作用则反映电荷粒子求解的电量双层上文指出,清除溶剂是分解共聚粒子的一种方法换句话说,改变pH值、盐度或温度可诱导分解电量双层减到潜力不再强到足以防止VanderWals有吸引力力并发生浮点

并发法提供比依赖复用合成法更厚、结构阻抗性强的胶片和沉积网际网际网际网路这条路线在生物医学研究中应用最少 。 凝聚率与封装蛋白结构稳定关系良好,并证明有能力绕过条件,否则会损耗敏感分子对某些应用,collidal单凝胶法无法提供所需保护程度

coidal方法对二氧化物基础系统有进一步的好处,因为网络大都已经存在引入osmo保护剂等适应程序可应用而不会严重干扰无机胶囊本身完整性

C.金属切片索尔格

液化溶液中,金属离子由水分外壳协调,该外壳的性质既取决于特定金属的价值,也取决于pH溶液的pH值。

m-O-M共价联结后发生反质子事件。单从此简单描述,pH对进程的影响也可以推导出。pH偏向镜像和低pH抑制进程

由金属氧化物组成的材料展示各种理想特性,并因此开发出一系列基于金属先质切片的方法以控制自然聚合过程从根本上讲,金属切片软凝胶法使用强滑物剂(如柠檬酸或EDTA)作为控制高度反应水分综合体组成的一种手段

切片本身并不限于无机过程这种方法还可用于修改金属二氧化物多聚变率,即替换二氧化物后降低响应率,留置带滑动链条的群分比较稳定分解

深入辨别二氧化单凝胶路段金属切片法时,基本原理是多密度金属本身通过上文描述的水分过程发生,而不是水解和凝结步态接近有机元化先质聚合

三乙胺系统使用三乙胺作为Fe(II)切片代理物,三乙胺能组成切片综合体并有各种过渡金属元件,从而为网络内生物相关代换提供似然路线

使用过氧化物作为凝胶代理器提供了另一种有用的合成路径。 典型地说,当叠加状态为M时,过氧化物路径最有效⁺³中二氧化物不起先质作用本身se.反之,二氧化物集团能有效接受质子,最终形成水分氧化物M(HH)₂O级_N级(O)_m-n)⁺²协调直到二氧化物显示解质

严格说来并非切片基法并行可观察方法与旨在防止自然聚合过程直到需要的比较典型切片法间观察

.聚合器辅助索尔格

金属切片自然扩展法是聚合软凝胶法基本这些方法涉及有机聚合物网络内反应式无机凝胶化物剂切片,尽管切片视生成物而定,从次于稳定化广义地说,凝胶组装物剂保留在整个溶液中分布状态,从而防止聚合物在溶液内降水。然而,这种方法的确需要后续热处理,以清除无机凝胶形成后产生的有机聚合物。

化学特性,如生物模拟***摩尔比aptites也可以实现聚合物辅助稳定化,因为凝胶网络分布均匀性元素

无机网络也可以组成原地通过有机先质聚合法建立三维聚变网络柠檬酸作用因二分绑定机制产生切片代理7 有机网络将按原样清除异常原址聚合物如上描述

图7乙基甘醇和番茄以cationicligand(calium)表示

有效生产生物兼容陶体-矿山复合物和带预定义声波测量物已经实现,并使用聚合器辅助单凝胶方法。 此类研究还可能比解决生物兼容性问题产生更广泛的影响,因为随着无机矿层受控沉降,生物硬组织再生可能也在可达范围

e.silica软胶素材

以Silica为基础的单凝素材近三十年来一直引起极大兴趣。 单凝素基质中生物分子封装首次通过将酶注入TEOS矩阵而成功实现

近几十年里,硅基材料为软硬组织再生提供了成功解决方案。这些材料生物相容性强,反应产品的积极生物效果使它们成为组织再生有趣素材组 。硅基生物反射镜首创通过软凝胶技术合成比熔出镜低温。广度研究软凝镜以SiO为基础₂ONA-P₂O级₃系统生物医学推广以Silica为基础的单凝镜展示了许多与理想组织再生素相关属性,如高表面积和多孔结构,从整体孔度和孔度看,这能促进细胞材料交互作用和细胞入侵。这些镜表研究表明他们的多孔结构显示高表面积显示组织联结率更高

单凝胶过程用表面作用器辅助喷泡单片并随后凝固和凝胶反应后用来编译几件生物玻璃多孔脚架,例如配制成式玻璃(mol%):40SiO₂2O-ONa-2P₂O级₃准备式脚手架总体微结构类似于干人卷骨结构,但孔形结构由连接宏小数小数小数组成层次结构,产生自编组过程和sogel过程所固有线粒子

图8Plan-View Alumina薄膜显像画由AFM纳米缩放组成,然后用0.15MOXILICE5分钟注解40V缩进力4.16x10^5级N.缩进区间从55到110纳米不等兴巴拉市et al.2002年

图8显示脚手架多孔结构,由单凝过程生成的生物作用镜组成脚手架的层次孔结构有助于刺激与细胞交互作用,因为它模仿许多自然组织层次结构并近距离模拟矿化组织生理环境多亏了玻璃中的纳米粒子 Sol-gel派生脚架面积高(100-150米)²结果是,这些脚架下降并快速转换成硬非加法进程,比混合玻璃归并快,然而,这些软脚架压缩强度相对较低,因此,它们主要适合面向低负载正构件应用

富饶硅粒子发现很快被公认为突破 可能导致各种重要应用这些材料有划一圆柱孔,直径范围2至20nm,加大面积面积500-1100m²求解合成基本条件类似于准备硅粒子传统方法

silanol群集Si-OH的一部分在基本条件下被拆分成silanolatessi-OPH作用至关重要,因为它会影响核化和生长前几次报告提示,最小粒子大小可达pH9-10左右,表示凝聚速率而非硅前体水解速率高度影响最终粒子大小

酸性条件下准备单片凝胶试验少之又少。 使用酸性条件的长处之一是使用块状聚合物的能力,这些聚合物具有缓冲效果并允许大介质5NmPH5-8合成压缩速率应快于5下方pH

解释基础是一个编组机制,粒子编组、硅凝聚和孔系统排序被视为分离过程。因此,为获取定序材料,不同过程的速率必须适当调整相对关系。然而,与基本合成系统相比,很难获取不到90纳米的统一粒子尺寸,而球形学则大片孔片允许填充生物医学应用的不同生物模

4级摘要

这项工作比本文覆盖的范围广得多,并包括下列开发领域:

• 有机无机混合材料
• 化学和无机混合材料
• 化学生物属性
• 语理学和形状
• 与细胞交互和细胞内交付
• 生物医学应用
• Sol-gel生物活性眼镜和混合
• 纳米载体提供生物模块
• 多功能单凝纳米载体提供生物模块
• 多功能单凝纳米载体用于诊断目的
• sol-gel感知设备

和硬非加碘和纳米技术与纳米构造和孔孔一样,单凝技术正日益融入制药、生物和食品行业技术中,并配有表层处理和对不同应用的适当金属选择

过去几年来,在结构工程和纳米AAO材料表面修改方面取得了重大进展。大部分进展都由应用驱动在这次审查中,我们汇总了控制设计AAO结构增长的创新方法,其大小、安排、结构、地理和孔结构不一。 Sol-gel合成提供分子级混合并能够提高生成合成的化学同质性

5级结论

Sol-gel导出纳米结构化材料应用生物医学分离派生和电子学,兼容性只不过是Sol-gel导出生物医学应用的一个方面

Sol-gel衍生生物迭代极有可能应用为金属子串涂层,提供高度生物兼容性,促进快速加热响应最小反生物事件

电响应电聚合AAO膜显示氧化状态和还原状态间孔度可逆变化

Silanization带AAO硅层描述

sol-gel过程在如此低温下实施,允许生物模块和药理代理物,包括药理学、生长因子和蛋白质等。这些程序可以在sol-gel编程中加载并受控发布

sol-gel方法应简单稳定、成本效益高和可缩放性,以促进未来的工业生产和临床移植

单片AAO膜复用可吸附二多路联动抗体

研究者使用AAO推进分子分离边界并带受控形状和大小孔、内部表面修改并探索外部参数效果,如pH值、通量、集中梯度和ionic强度

复杂AAO纳米结构的制造加之对表面功能的更大控制,预计将为下一代设备带来独特的纳米结构与纳米设备,这些设备前所未有功能特性,包括探索它们的应用,重点是从医学到材料科学电子学的不同研究领域

6级文献目录

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关于作者

博士夏维特范图拉得博士学位西班牙巴塞罗那大学化工学院成员并组织环境技术会议和Eurosurfas展览会。他是50多家欧洲公司电站顾问,来自葡萄牙、法国、西班牙、意大利和德国等国,包括葡萄牙、西班牙和德国Ventura自1987年以来一直活跃地向SUR/FIN讲解论文,自1984年以来一直积极参与Interfinish讲解论文并举办讲习班,他在西班牙、联合王国、法国、美国和巴西发表了200多篇论文,并在美国赢得数项国内和国际奖项,在SUR/FIN获SamWyman纪念奖2004年芝加哥最佳光金属论文,即“解析铝和硬解析法和确定铝密封质量测试”。