졸겔법 이란?
졸겔법은 금속의 유기 및 무기화합물 용액을 겔화시킨 후 열처리하여 산화물 고체를 제조하는 방법입니다. 졸-겔법은 분자단위 구조를 조절할 수 있는 초미세 구조조정을 통해서 분말이나 섬유, 박막, 벌크 등의 제조가 가능합니다.
졸-겔법은 유리와 세라믹스를 제조하는 새로운 접근방법을 제시해 줍니다. 졸-겔법으로 산화물 분말을 제조할 경우 고상 반응에 의해 제조된 분말에 비해 입자가 매우 작으며 따라서 표면적이 크고 입자크기의 분포가 훨씬 균일합니다.
졸겔법 원리
졸-겔법은 콜로이드 부유 상태인 졸을 만들고, 이 졸의 젤화 과정을 통해 액체상의 망상조직인 겔로 변화시켜 무기질 망상조직을 만드는 과정입니다.
졸-겔법은 유리와 세라믹스를 제조하는 새로운 접근 방법을 제시해 줍니다. 졸을 형성하게 되는 분자단위의 전구물(molecular precursor)을 사용하면 고체상의 망목이 수화-축합(hydroxylation-condensation)반응을 통해 얻어집니다.
졸-겔법은 주로 금속 산화물을 만드는 반응이지만, 유기-무기 복합체 (inorganic-organic composite) 혹은 하이브리드 물질의 제조에도 사용됩니다.
졸-겔법의 초기 단계는 용액 상태에서 반응이 일어나고, 이 단계에서 어떤 물질(용액 혹은 현탁물)의 첨가도 가능합니다. 겔화 후 투입된 분자물은 원래 있던 고체 매트릭스 내에서 물리적으로 포획됩니다.
졸겔법 특징
졸-겔법은 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 제작하는 박막의 조성비 조절이 용이합니다.
- 제작과정을 상온에서 간단히 실시할 수 있습니다.
- 대면적 코팅이 가능합니다.
- 복잡한 장치가 필요하지 않아 생산효율이 높고 경제적입니다.
- 용액이나 콜로이드 분산액에서 세라믹 분말을 만드는 저온 합성법입니다.
- 산 또는 염기를 사용하여 금속염이나 금속 알콕사이드의 가수분해와 축합반응으로 요구하는 재료를 합성할 수 있습니다.
졸겔법 장단점
장점
졸-겔법의 장점은 다음과 같습니다:
- 고순도의 산화물을 얻을 수 있습니다.
- 낮은 소성 온도에서도 산화물을 제조할 수 있습니다.
- 각 성분이 균일하게 분포됩니다.
단점
졸-겔법의 단점은 다음과 같습니다:
- 코팅액에 따라 얼룩이나 일그러짐이 발생할 수 있습니다.
- 분무 상태의 졸은 분위기 습도의 영향을 받습니다.
- 졸-겔용액은 가수분해 반응제어가 어려워, 양질의 기능성 박막을 얻기가 어렵습니다.
졸겔법 활용
졸-겔법은 다음과 같은 분야에 활용됩니다.
- 코팅졸-겔법은 대면적 코팅이 가능하고, 복잡한 장치가 필요하지 않아 생산효율이 높고 경제적입니다. 졸-겔법에 의한 유기 무기 하이브리드 코팅은 습식 코팅의 일종으로, 내-마모 코팅, 내-스크래치, 초-발수 등 다양한 기능성 코팅에 널리 활용되고 있습니다.
- 눈부심 및 김서림 방지졸-겔법은 눈부심 및 김서림 방지, 무반사, 광/적외선 흡수, 전도성 또는 내후성 부여 등의 응용에 이용됩니다.
- 재료의 마모, 긁힘 및 산화 방지졸-겔법은 재료의 마모, 긁힘 및 산화 방지 등에 이용됩니다.
마무리
오늘은 졸겔법(sol-gel)법의 특징과 장단점, 활용분야에 대해 알아보았습니다.
졸겔법은 생각보다 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 전구물(molecular precursor) 또는 전구체라 불리는 precursor를 제조하는 과정이 특히 중요하겠습니다.