Az alumínium-szilikát gélrendszerekkel végzett kísérletek célja a szol-gél módszerrel előállított gélminták törékenységének csökkentése volt az elért nagymértékű Al-beépülés megőrzése mellett. Polimerek adagolásával 4-5-szörös mechanikai szilárdságnövelést lehetett elérni, a hibridrendszerek vizes közegű mosása pedig 8-szorosra növelte a szilárdságot a fraktál szerkezetű alumínium-szilikát gélek szárított mintáihoz hasonlítva. A tenzidek alkalmazása az alumínium-szilikát géleknél szilárdság csökkenést okozott a fraktál szerkezet megbontása, széttöredezése miatt. Legnagyobb szilárdságnövelő hatást az alumínium-, ill. szilicium-prekurzorok szilárdság szempontjából optimális kiválasztásával értük el. A környezetvédelmi szempontoknak is jól megfelelő Al-acetát és az olcsó vízüveg adta egy új alumínium-szilikát előállítás alapanyagait. A vízüvegből és Al-acetátból nyert gélminta nagy szilárdsága egy nanokompozit szerkezetnek köszönhető, nanoméretű alumíniumtartalmú kristályos részecskék ágyazódnak be egy amorf alumínium-szilikát, háromdimenziós térhálóba. Ezt a kiváló mechanikai paramétert csak egy meghatározott Al/Si mólarány felett (≥ 2) lehetett elérni. A nagyobb szilárdságú anyagok jellemzésére szolgáló Vickers mérővel 100-300 HV értékek adódtak a megnövelt szilárdságú minták mérésekor, az összehasonlításul szolgáló fraktál szerkezetű, szárított alumínium-szilikát minták HV értéke 0 volt.
kutatási eredmények (angolul)
The aim of this work was to decrease the fragility of the gel samples prepared by sol-gel method and to retain the high Al incorporation into the silica network. The strength of the dried gel samples increases about four- or fivefold by the addition of polymers to the aluminosilicate component. A washing step improves the strength of these hybrid systems by seven- or eightfold. The tenside treatments gel samples decreased the mechanical strength, reduced the porosity by 30-80 % owing to the distortion of fractal structure. The largest increase of mechanical strength can be obtained by change of Al and Si precursors. Replacing the TEOS by cheap water glass solution (sodium metasilicate) and adding to the Al acetate aqueous solution, a hard, compact composite system developed in basic medium. Al-containing, crystalline nanoparticles are inserted in amorphous aluminosilicate network. The excellent hardness can be achieved only at or above 2 mole ratio of Al/Si. Vickers test detected the best values for mechanical property in the gel derived samples prepared from aluminum acetate and water glass solution (100-300 HV), the Vickers value of other gel derived aluminosilicate samples was 0.
K. Sinkó, K. Fél, M. Zrínyi: “Preparation possibilities of Al- and Si-containing hybrid systems”, Polym. Advanced Techn. 14. 776-783. (2003), 2003
K. Sinkó, A. Neményi: “Effect of Al-and Si-containing precursors on the structures formed by sol-gel method”, Progress in Colloid and Polymer Science 125. 103. (2004), 2004
K. Sinkó, A. Neményi, Zs. Tihanyszegi, H. Peterlik: „Study of Al- and Si-containing precursors in the sol-gel procedures”, Proc. of 8th Japan Int. SAMPE Symp 187-192. (2003), 2003
Sinkó K: „Nanoszerkezetű alumínium-szilikát rendszerek”, Nanotechnikai Konferencia, Budapest (2004), 2004
V. Torma, H. Peterlik, U. Bauer, W. Rupp, N. Hüsing, S. Bernstorff, M. Steinhart, G. Goerigk, U. Schubert: “Mixed silica titania materials prepared from a single source sol-gel precursor: A time-resolved SAXS study of the gelation, aging, supercritical drying and calcinations, Chem. Mater. 2005, 17, 3146-3153., 2005
N. Hüsing, D. Brandhuber, V. Torma, C. Raab, H. Peterlik: “Glycol-modified silanes in the synthesis of nanostructured monolithic silica, Chem. Mater. 2005, 17, 4262-4271., 2005
K. Sinkó, V. Torma: “Time resolved SAXS investigation of the formation and structure of extremely hard aluminosilicates prepared by a sol-gel route”, Annual Report, Hasylab 557-560, 2005
K. Sinkó, V. Torma, I. Pászli: “Characterization of Porous Nanostructures”, Materials Science Forum 514-516. 1191., 2006
C. Fritscher, N. Hüsing, S. Bernstorff, T. Koch, S. Seidler, H.C. Lichtenegger: “In-situ SAXS study on cationic and non-ionic surfactant liquid crystals using synchrotron radiation, J. Synchtr. Rad. 2005, 12(6), 717-720., 2005
K. Sinkó, G. Goerigk C. Baehtz: Time resolved SAXS and XRD investigation of the formation and structure of calcium silicate bioceramics, Annual Report, Hasylab 51-56, 2006
K. Sinkó, A. Meiszterics, U. Vainio, C. Baehtz: “Nanostructure of gel-derived calcium silicate biomaterials”, Annual Report, Hasylab, 2007
S. Kubuki, H. Sakka, K. Tsuge, Z. Homonnay, K. Sinkó, E. Kuzmann, H. Yasumitsu, T. Nishida: “Crystallization and structural relaxation of XBAO•(90-X)V2O5•10Fe2O3 glasses accompanying an enhancement of the electric conductivity”, J. Ceramic Society of Japan, 115. 1347. 776, 2007
K. Sinkó, N. Hüsing, G. Goerigk, and H. Peterlik: „Nanostructure of gel-derived Aluminosilicate Materials”, Langmuir 24. 949, 2008
A. Meiszterics, K. Sinkó: „Sol-gel derived calcium silicate ceramic”, Colloid Surface A, 321, 2008
K. Sinkó, V. Torma, A. Kovács: “SAXS Investigation of Porous Nanostructures”, J. Non-Cryst. Solids, 354, 2008
K. Sinkó, V. Torma: “Structure evaluatin of aluminosilicate nanocomposite”, ELETTRA Progress Report 109-113, 2005
