Proceso sol-gel

El proceso sol-gel es una técnica química para fabricar un material sólido con el que revestir la superficie de una pieza. No obstante, este sólido también se moldea, para formar sustancias monolíticas (cristal, cerámica, membranas, aerogeles), o se sintetiza en forma de polvo (microesferas, nanoesferas).

Lo importante del proceso, y lo que le da su nombre, es cómo se consigue la sustancia sólida. Se parte de una SOLución coloidal, es decir un fluido o coloide, llamada sol. Este sol se desarrolla y evoluciona para formar un GEL. Dicho gel posee una parte líquida y otra sólida. Por último, al secar y curar la fase líquida del gel resulta el material deseado.

Historia del proceso sol-gel

A mediados del siglo XIX se descubrió que, bajo condiciones ácidas, de la hidrólisis del ortosilicato TEOS resultaba óxido de silicio (SiO₂), es decir, sílice. Este sílice tomaba forma de monolitos o fibras.

La técnica se investigó a fondo durante el siglo XX. Solo en la década de 1990, se publicaron más de 35 000 informes en todo el mundo sobre el proceso sol-gel. Hoy es un proceso bien conocido por la ciencia de los materiales.

Entre otros materiales, el proceso sol-gel se utiliza para fabricar óxidos de silicio y titanio. Esta técnica química húmeda se usa también para fabricar, por ejemplo, los revestimientos cerámicos de algunas sartenes antiadherentes. Estos recubrimientos son una alternativa a los basados en teflón.

Breve descripción del proceso sol-gel

El proceso arranca con un precursor, el sol, formado por monómeros en suspensión coloidal. Coloidal quiere decir que una sustancia está microscópicamente disuelta en otra. La pintura plástica o el plastisol son otros ejemplos de coloide. Los alcóxidos o alcoholatos son precursores comúnmente usados en el proceso.

En segundo lugar, el sol poco a poco evoluciona y forma un gel difásico. Difásico significa que en el gel conviven sustancias en dos fases o estados: líquido y gas. Las partículas de la fase sólida aparecen, o bien de forma discreta, o bien en forma de red de polímeros. Los polímeros son moléculas largas formadas por la unión de otras más sencillas: monómeros (que en este caso provienen del sol).

En tercer lugar, se elimina la parte líquida del gel (fase líquida o solvente). Esto se puede hacer de varias maneras: sedimentación y centrifugación, entre otras. Despúes se efectúa un proceso de secado y curado. Al evaporarse el líquido, la sustancia merma y se vuelve más densa.

La velocidad de evaporación del solvente depende de la porosidad del gel. De esta etapa del proceso depende la microestructura del componente final.

Por último, el material se somete a un proceso térmico (cocción) que policondensa la sustancia. Esto mejora sus propiedades mecánicas y su estructura, que se torna más estable.

En este vídeo de YouTube puedes ver una representación gráfica del proceso.

Aplicaciones

Los procesos sol-gel se emplean en óptica, electrónica, energía y medicina, entre otros campos. Gracias a estas técnicas, los científicos han desarrollado los materiales más ligeros del mundo, así como las cerámicas más resistentes.

• Revestimiento protector: la película formada por el proceso sol-gel se puede depositar en la pieza por inmersión o pulverización. Los revestimientos sol-gel se pueden aplicar sobre vidrio, cerámica y otros sustratos, a veces con fines decorativos.
• Fibra óptica: se usan en el campo de los sensores fibras con propiedades ópticas resultantes de ajustar la viscosidad del sol.
• Aislantes: de forma similar, se pueden obtener fibras cerámicas con propiedades refractivas. Por ejemplo, para fabricar aislantes térmicos.
• Nanoesferas y microesferas: si se precipita el sol-gel, se pueden obtener  polvos cerámicos uniformes de grano ultrafino. Estas nanopartículas son útiles, por ejemplo, en aplicaciones dentales y biomédicas. También se han utilizado con éxito en fitosanitarios químicos como los herbicidas.
• Medicina: como cicatrizante y estabilizador de heridas. También para graduar la liberación uniforme y progresiva de principios activos.