history of sol-gel science and technology...

12
Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008, 181-192 HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW) Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova * University of Chemical Technology and Metallurgy 8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria E-mail: [email protected] * Institute of General and Inorganic Chemistry, Bulgarian Academy of Sciences, 1113 Sofia, Bulgaria ABSTRACT The objective of this review is to summarize some of the most significant research achievements in the sol-gel science and technology. Comprehensive review papers have been made regularly in the past three decades by outstanding scientists such as Mackenzie, Sakka, Zarzycki, Schmidt, Uhlmann, Livage, Ulrich, Dislich. The main sources for the scientific information are the Journal of Sol-Gel Technology started in 1993 and the International Sol-Gel Workshops periodically held from 1981 up to now. In the beginning the studies have been centered mainly on silica and silicate glasses but they progressively have been extended to many other oxide and non-oxide ceramics and composites. It has been shown that the sol-gel methods have great potential in producing important materials in forms of bulk, fibers, sheets, coating films, and particles at relatively low temperatures. It is also possible to produce materials of new compositions with high purity, high homogeneity, and to control particle size distributions in a nano-scale level. One of the most important advances of sol-gel science is the preparation of inorganic-organic hybrids. They started with the development of ormocers based on the formation of chemical bonds between the constituents and nanocomposites, containing organic molecules incorporated into porous gel matrix. That is why the sol-gel method is a representative nanotechnology. Specific examples are presented that have been carried out in leading universities and laboratories. Some our results in this field are also discussed briefly. A classification was made of sol-gel derived materials according to their functions: optical (solar collectors, fibers, waveguide), electronic (piezoelectric transducers, non-volatile memory, solid electrolytes), thermal (refractorys and low expansion ceramics, aerogels), chemical (catalysts, membranes, corrosion protection), biomedical (entrapment of enzyme and living tissue, implants). It was emphasized the crucial role of starting precursors and the processing routes to the final structure and the impact on the technological functions. Keywords: sol-gel technology, sol-gel materials, hydrolysis, condensation, precursors. Received 05 March 2008 Accepted 27 May 2008 INTRODUCTION The preparation of inorganic refractory materi- als follows well elaborated technological schemes which comprise the proceeding of high-temperature solid state reactions. Ceramic and glassy materials have been ob- tained in this way for thousands of years on the basis of natural raw materials. Irrespective of the specific tech-

Upload: trinhhanh

Post on 26-Mar-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

181

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008, 181-192

HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY(REVIEW)

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova*

University of Chemical Technology and Metallurgy

8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria

E-mail: [email protected]* Institute of General and Inorganic Chemistry,

Bulgarian Academy of Sciences,

1113 Sofia, Bulgaria

ABSTRACT

���������������� ������� ��� �������� ������������ � ��������� ��������������� ������ ������

������������������������������ �������������� ��������������������������������� ������������ ������ �����

��� � ����� ����������� ������!�������� ������"��������#������"������$ ������������� ����� � ���� ��

����������������������%���������� ���&�������������� �������'(()��������*���������� ���&���+��� ���

���������������������'(,'�����������*���������������� ��� ���������������������������� �������� �������� �

������������� ����������������-�������������������-������������-��������� ���������� � ��*��� ������ ����

������ ������������ ������������������������������������������ ������� �������������� �� ��� �������

��� ������������ ������������������������� ��*� ��� ���� �������������������� ������������� �� �������

����������������������������������������� ���� ����� � ��������� ����� �������.������ ����� � ������

������� ���� ������� ������ ������������������������������������� ������� ��������������������������������

�� �������������������������������� �������������� ��� �������������� � �������������������������

������������������� ��������-������ �������� ������������� �������� ��������������������� �������-�����

������� ������������������������������������������ � �������������� �� ���������� �� ���� ������������ �

� �� ��� ��������/� ��� �������� ��������� ������� ������������� � ��������� �� ���� ������ 0� ������ 1 ����

�������� �� ���� ����������2�� ��������� 1����������� ��� ����� �� ������������������� ���� ��������� 2�� ������

1��������� ����������-��� ��������� ��������� 2����������1����� ���������� ������� ����������2����������

1���������������������������� ��������� 2��*��� ������ ���������������������� ����������� �� �������

����� ������� ����������� ������������������������������������������� �

3������ 0�� ������������������ ������������� ��������� �������� ����������� �� �

Received 05 March 2008

Accepted 27 May 2008

INTRODUCTION

������������������ ��������������������

������������������������������� ����������������

������������������ ���� �����������������������

�������������������� ���������������������������

������������������������������������������������

����������������������������������������������������

Page 2: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

182

���������������� �������� ��������������������

������������������������������������ �����

���������� ���������� ������ �����������������������

� ��!��"�������������������������������� ���

�����������������������������������������������#

��� � ������� ���#���� ���� ���� ����� ���$� �� ���

��������������������%"�����������&�������� �

��������'���������������� ���������������������

������������������������������$�������������������

�������� �� �� � ���� ������� ���� ����� �������

!�����$���������������()$�*+�������������������������

�� � �����,����� �������� ����� ����� (-$� .+� ���

����� �����������������������������������������

����/����0� ��������� ����������������������������

���������� ����������������������������������

����������������������������(�$�1+������������� ����

�������� ��� � ���� ���������� ������ �������0��

���������� ������������� ����������#���������

������������������������������ ������������������

������������� ����������������� ����� ���������

�������������������������������������������������

���������������������0�������������� ��������

�� �����������������������������(2$�3+��������

�����������������������������������������������������

���������������������$����� �����������������

����������� �������������� ���������� ��������

������� �������������������� �������������������

������ ��������$������������������������������

�� ��� �������2 ��������) ����������������������

���������#�������� ������������������������������

����������4�����������4�������������,����������

4���������������5����$���������6326�(6 +������� �

����������������&�������������������������������

��� �����������7������������������������������������

(66�) +����������� ������������������������������

��&������������������������� ��0� ��������������

����� ���������������������������������������������

������8) *9��������%"��8) .9�������������������

���������������������������������������������

���������� �������������&����� ���������������

����#����� �����������������������������������

������������������#���� ����������������������

���0��������������:��������"��4���"���������

������ ������������������������ ������������633*

87����������$�"��"�&&�9����������������������� ���

����� ����������� ����������������������������

�� ����������������������������������������

��������������������������������������������������

�������������������$������� ���������� ��������� ��

������ ��������������������� ����������- ������

������������������������������������ ��������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������0��

���������������������������������������� ������

����������������������������&�

��������������������������'�����������������

�������;� ���� $����� $������� $������ ���������� $

����������������������������������������������������

�������������������������������$������$�����

� �$����&���������������$���������������������

���� ������������ ��������� ������������������

������������$�������� ���������������������$���

������ ����;�89��/�������������������������<�89

��������&#���������<�89��#���� �����������

��������������

�����������������������������������������0�

���������������������������������� ��������������

��� ��������� �����������������������������������

����������"������������������������������������

���� ���� ���0���� �� ��&#��� ���������� ����

�����������������������������������������������0���

��������� ��������� ���������������������������

HISTORY OF THE PROBLEM

������������������������ �������������������

�� ����������� ��������������$����������������

�������� ������������ �������������������������

����������������������������������������������

� ���"�&&��(6+�������������������������������������

�������� ��������������$�������� ��������� �����

���������������� �������������� ��������������

������������������������������������ ��� ���

������ ������������������ ���� �� ����������������

������ ��������� �� ��� ���� ���������� �� ���

���������

7����������������������������862-.9��������

��������������������������������������������������

�������������������������������������63* �4������

����=�� �������"�������������������������������

������ ������ �������������#��������������������

���������� ������������������������ ��������

Page 3: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

183

� �������������������������������� �����������

������$�����������������������������������������

��������������������������������������������

��������������������������� ��������� �����������

���� ����������) �������������������������� ��������

�� ���������������������������������������������

�������������������������������61����� �������4����

�������633.���������) ����� ����� ��>���()6$�))+

������ ����������������

������ ������������������/��&����������

��������������������&���������������/�����������

������������������������������5���������������

���������������������������������������������������

�����������������������$�������������������������

��������&����� ������ �� ������������ ���������

��� ��������������������������������������������

����������������0������"�&&����632.�����6321�()*$

)-+��������������������������������������������������

��������������������������������������������� ���

�,)$��,

)�",

)$�������������$���� ������������������

������ ��� ���������� � ��������� � ��������������� ���

��������������� �������������������������������

���������������������������������������������

������� ������������������������:����;�?���$

"�����4����$������4�����������$�������������4����

������$�������������������������������� ���$�����

� ��� ��������$������������� ���$����� ���������

������������������������$�����@����������().+��,�����

��������������/������� �����������%������()�+

��������������������������������������������

����������$�������������������������������������

�������������������������������������������������

�������������� ���������������������0������A�� �

()1+��!���������������������������������������

���������� �@),

.��!

),$�B,

*��!

),$��,

)���,

)�

�������������������������������������������

C4�����"��������) -D��������632-���������������

����1 ����������������5�������>�����$������������

������� �����������������������������������������

��������������������� ����������������������()1�**+����

�����������������������������������������������

�� ����������������������������������������������

������ �� ���������� ��������������������������

����� 8� �������������� �������9������ ������ �����

E��0��&��(*-+������� �������������� ���������������

� ������������ ����� �������������������

������������������������������ ����������

������������������������������������������&�

������������������� �������������������������

����$�������� �������������������� ������������

����������������������������������������������������

������������������������"������������������

����������������'���������������������������A�� ����

���� (*.+��������F����� (*�+�������������������������

���� ������������ ��������������������������

��� ����������������� ��������������������������

�#���������������/���$�������������������������

� ����� ����������������������������������������

���������������������������������������� ��� ���

������������������#����� ������������������������

������������������������������������ �����������

����� ������������������������������/���������

���������������������������� �����������������

��������,)�",

)�(*1+�

���� �����3 ������������������������������

�������(*2�. +������������������������������������

������������������ ����������������������������

������������� ���������������������������������

�������������������������������������������� �

����&#������������������������A?�,*$�>?�,

*

�����=��,*�����������������������������������

���������$����� ���$����������������0��� (*3+����

������������$������������������������������������

��������������������������������� �����������

(.6+� ������"� ���� �����������#� (--+������ ��������

����������������������������������� ���������

�����(-1+������������������������������� ������

������� �� ������ �������������� ������ ��� ��

��������������� ���� ����������0��������������

�����������(. +��>�&�����(-3+����������#������������

��������������������������������������������������

���������� ��������� �������������������������

���#�������������������������������������������

������������ ���������� ���������������4� ���

(-6+�����G��&��0�(-.+��������������������� ��������

��� ������� ������������ ����������������#���

��$�������������������������������������������

����� ����������� �������������������������

����� �������������� ������� ��������������������

���������"�������(-)+��!������������������� ������

�������� ���������������� ����������������������

���� ��������0������������� ���� ����0������ �������

Page 4: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

184

����� ������������������������� �����/�������

�������� ��������������������) ������������������

����������������������� ����� ��������������

��������������������� ������������(.)$�.*+����������

�������������'���������������������

BASIC AND APPLIED RESEARCH

G��&��0���������������������������������

��������������(.-+�����������������������������

����������������� ������������������������������

�������������������������������������������������

������������������� �����$���������� ���������

��� ��������������������������� ����������������������

���������������������������������$���������$��

��&#���$������ ��������� ���� ������ �������

��������� ��������������������H���� ��������

/������������������$��������������������������

�������������������������$�����������#��������

�������������� ���������������������������������

���� ������� ��A�� �� ��� ���� (*.$� ..+� ����� ����� ���

���������������������� ���������$�������������

������������������� �����������������������������

��������������� ������������ ����������������

������&#����������������������������������#��

����������G���������������������������������� ���� �

�� ���������������������������������� ��

������������������������������ ���������������

���������������������������������������������������

������ ��� � ��0��� �� �� ���� ����������#� (.�+�

?�&�����(.1+�������������������������������������

�� ���������$�����������������������������������

�������������������������������������������

� ����������������������������������������"������

(**$�.2+�������� ��������� �������������������#�

���������������/���������������������������������

����������������������������������������&� ����

������������������������������ �������� ����

�������������������,�����������������������������

��� ��������� ������������������ �������������

����������������� ������������()*$.3+�������������

����������������������� ����������������������

������������������������������������������������������

�������������� ���������������",)��������������������

����� �������������������������� �������������

&�������������������������������(-1$�. +����������

�#����������������������������������� ���������������

�� ���� ������������ ������� �� �,)� 8�������

�����������9����������� �� ���������������

����� ���������������������������������������%@

�������(� ��-+������ ���������&�������������

���������������������� ���������������������������

��������������������G���� (����1+�������������

���������������������������������������������,)

������),

*�������������/������������������� ���

������������� ����������������������������$

���������������������������������������������

������������

��� ���� ��� ���� ����� ���� ��������&�� ��!�

"������()3$�.*$��2+�������������������������� ��

�������������������������&������� ��� �����������

������������������������������������������ ��

����������������� ����������������������������

��������� 8������� ��� ����� ����� ������&��9����

���� ����������������������� ���������� ���

��������������������������� ��� ���� (�3+� ���� ���

�� ��� ��������� ��������������&����������

���������������������� �������� ������������

�������� �� ����������#��� �����"�������������

���������������������� ������������������������

��������#�������������������������� ������$������

��������� ���� ������� ������������,�� ���� ����$

�������������� �� �����������������������

",)����������������������������������������������

��������� ��������(1 $�16+��,���������� ����������

���������������������������������������������

�������������$�������������������������$�������$

�� �������&���$��������������������������� �����

����������������������������������������������

������������������������������/����������������

������������������������������������������������

��������������������������������#�(1)�1-+��7��������

������������������������������������� ����� ���

������������������������ ���� �� ���� ����������

�����������(1.$�1�+�����$������� ���7��5���

(11+$�����������������������������C����������D�����

���������������8������$� ������$��� ���9�(12$13+

������� ����8���������#��9�����#�������������

�����������������������������������������������

��������0��������0����$�����������������������

���������������������������������������

�����������������������������������������������������

Page 5: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

185

����������������������������������������������������

�����������������(2 �2*+$���������8�����$����� �����

��������������9��������������"���,����������

���������������������������#�������������

�����������������$�=�����E���������������������

���������� ���� ��&��$� ����� �� ������� ����������

��&#������$�����$������ ��������������������

8��������$�����������������������������������9

�������������������� ���������������� ������

�����8����&� ����9���������������������������������

����� ������6- ���������� �������������������

#������� �����������������8"�?�,9����������������

������������������(2-+��������������������#��

��������8��"�?$���"�?���=$����9����������������

��������������������������������������(2.�21+������

� ������������������8�������#����$�����������0��$

������0��$���������0��$�������������������9$���

�������������������&���������������������������

(22�36+��������������������������������������������

�����������$������0������������������8� ����

�� ���� �������9������������� ���� �������������

���������������������������������(3)$�3*+�����

����� ����������������������� ��$���������������

�������������������������������������������������

����������������������������������� �$�������$���

����������&�������������

����������������������������������������

������ �� ������������� ���� ��������� �� ������

����������$�������� ���#����$���������������������

�������������������������� ��������� �������������

���������������������������������������������

������������������0�����������������4�� ���(3-+�

������������������������ ���� ��� ��� ������ �

�������������0����������������� �������������$���

���������������������������� ���� �����8����������

�0���9����$�������$������������������������

������������������� ��������������������

�����������������������������������������5����

(-3$�3.$�3�+������������������������������������

����������������������������#��������������8������

�����������$��������$���������$�����������������������

������ ���$������������7���9�������������� �����

��������������������������������������$������������

�������������$����������0�������������������

��������� ���� ��������������� ����� ������ ����

8����������9� ���� ���� ��������� �� �������������

������#��������������������������� ��������

�������������������� ����������������� ��������

������������� �������������������������������

�����"������� ������0���������� (.)$�31�33+����������

�����������������������"�����0�(31+������������

���� ��������� �� ��������� �������� ������ ��� ��

���������������������������������������� ������

��������������������������� ����������������

�������������������&�� �����������������������������

�����������������������������������������������

������������������������&���5�����������(33+������

���������������������������������� ���

������������ ��� �������� ��� ������ ����������

8��&���� �����$��������������$������#��9�����

����������������������������������������� ����

������������������������������������$������0��

������$������������$����������$�������$�����

�����#������������������������������� ������

����������������������������������� �������������

������0����������������� �������������������

����� �� (6 �6 �+�� ������ ����� �� =��&��� ���

"������� (6 -+� �� �#��������������������� ����� ������

����������������������������������������������

"�&&��(6 �+��������������������������&�������

��������������������������������������������������

��������� ������ ������� ���� ������0�����������

&���������������$����������������$��������������������

�������������������������������������������������

�������������������������� �������������������

��������������������������

SOL-GEL STUDIES AT THE DEPARTMENT OF“TECHNOLOGY OF SILICATES” OF THEUNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGYAND METALLURGY, SOFIA

��������� �������������� ��������������

���������������C������ ����"������D��������%��

����������������������� ������G������� ����"��

�� ��������������������� ������� ��������$�����

����$������������� ����������������������������$

���$�����������$��������������������������������

������������=�� ��������6321$�������������������

4�������������������@����$�"�&&��(6 1+������������

��� ������������������������������������������������

�������������� ����������!����������61��������������

Page 6: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

186

!��������/�����%��G��������������� ������

��������������� ����������8H ��69��7��E��0��&��(6 2$

6 3+��������������������������������&�������������

�������"���������������G������5��������6322

(6 2+�����������������������4������������������

633*�(6 3+��!���������������������������������������

�������� ���$�����������������������������

�����������������������������������������������

��������������������������� ������������8H ��)9�

������ (66 $�666+������������������������� �� ���

=�� �������������I� '�� ������������������������

��������������������������4������������������

@�������633*�����633��8H ��*9�

�������#���������������633��"��������(66)+

������0��� ���� ����� ����� �������������� ����

������������������������������������� ���������

�������������� ������$� ���������������� �$�������

������$�� ���������� ��0� ����������������������

���������������������������������������������������

������������������� ����������� �������������

��������������������������������3 ��������) �������

����$�������������������������������������������$�����

�#������� ���� ����� ����� ������ ��� ��� ��������

���� �����������������$���������������#��������

�������(66*�663+���������������������� ������$

���������������&��������������������� ��0�

Fig. 1. The award of prof. S. Sakka by the academic council of UCTM, 2005.

Fig. 2. A plenary lecture of prof. Zarzycky at the Conference onGlass and Ceramics in Varna, 1993.

Page 7: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

187

����� ��������������������������������������

� �� ���������� �������������(6) �6)�+�����

��������������������������������������������

������������������������������������������������ ��

������������������������ ��� �����������

����������������������� ������������$

����������������������������� ������������

����������������(6)1�6*-+������������� ���

�� �������������������0�����������

(6*.�6*2+�������������������� ����� �����

��������������������������������������

�������� ����������������������������� �

�����������������������������������������

����$��������������G�����������������

���������������� ��������������� �����

������������(6*3�6-6+��"��������� ��������

���8���#�������$����#���� �9����������

�����������������������������������#�

���� 8@),

.$�G,

*$�B,

*9� (6-)�6-.+��"���������

��� ��������������������0������� ����������������

�����&������������������������������������������

����� ����������(6-�+��G���������������������������

��������������������������0������#���#�����#��

�������������� �"$��$��$�=$�,$�?� (6-1�6.�+��� ���

��������������������������� �� ��������������

CONCLUSIONS

���������������������������� ������������

���������� ��������� ��$���������������������

��������������������������������������������

�����������������G��������������������&#���$�������

������ �����$� �������$� �����$�����$� ������� ��

�����������$����������������������������������$

��������� �� ��������������������� ����������

������� ������� ����������H �� -� ����� ��������

����������������������������������� �����������B�

��������� ������ ������� ������������������� ��

>���������(-3+������� ������������������������

������ ��������������������� �������������������

���������������������� ���������������������������

�����������������������������������&��,��������

������������ �����������������8���9��������

���� ���������$�������������������������������

����������������������!��������������#�����������

����������� �����",)������������������������

���� �� ������ ������������ (6.1+������ �����/��

������������'�������������������������������������

�������� ���������8�����������������������9��

��������� $��������������������������������������

Fig. 3. Dr. Dislich at the Conference on Glass and Ceramics,Varna, 1996.

Fig. 4. Different routes of the sol-gel processing.

Hydrolysis and condensation

of metal alkoxides

Colloidal dispersion

Inorganic-organichybrids

Polymer pyrolisis

Pechini gel methods(chelate polyesterification)

Non-hydrolytic sol-gel reactions

SolSol--gel processinggel processing

Hydrolysis and condensation

of metal alkoxides

Colloidal dispersion

Inorganic-organichybrids

Polymer pyrolisis

Pechini gel methods(chelate polyesterification)

Non-hydrolytic sol-gel reactions

Hydrolysis and condensation

of metal alkoxides

Colloidal dispersion

Inorganic-organichybrids

Polymer pyrolisis

Pechini gel methods(chelate polyesterification)

Non-hydrolytic sol-gel reactions

SolSol--gel processinggel processingSolSol--gel processinggel processing

Page 8: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

188

#��������� �������������� �������� ��������� �

������� ������������������� ��&#���� (6.2$� 6.3+�

������������� �� ���� ���������5����������� (-3$

3.+���������������������������������������������

�� ������ ���������������� �� ������������ �����#

���������5����������������������������������

��������C��������������D���������� ���������

�������� �������������������������� ��������� ������

�� ���������������������������������$�������������

�������������������������������������� ���

�������������������������������� ������ ���

������������������$����� ��������������$��������������

���������������$����� �$��������������������

�����(21+����������������������������� � $�����

���������* �����������������������������������������

���������&#���$�������������������������������

����������������������������� ����������������

�����������������������������������������������

��������������������������������������/�������������

��������&#�� ������������������������$�����&����

��������$� ������$� �����������$��������!$��������

������������������������#�����$������(6� +�����������

���������������������������&#������������������������

��������� ����$�����#������� ������������������$

�����������������������������������������������

����������(*.+�����������$��������������&#������������

������������������������������������������������

���������� ������������������������(6�6+�����������

��� �������������������������������������������������

������������������ ����������������#�������������

�����������&����������#����������������������������

������������������������������������������������

������������������� ������������������� $��������

����������� ������#������� ����

Fig. 5. Applications of sol gel method according to S. Sakka [106].

Fluorescence solar collector, solar cell;Laser element, light guide;optical switching, light amplification, antireflectingcoatings;non-linear optical effect (second generation).

Protection with hard coat, strong ceramics abrasive

Catalyst, membrane, gas barrier, repellent film

-Entrapment of enzyme, cell, coated implant, medical test

Refractory ceramics, fibers wood, aerogels;Low expansion ceramics;

Applications of sol-gel method

Optical and photonic functions

Electronic functions (ferrolectricity electronic and

ionic conduction)Thermal function

Mechanical functionsChemical functions Biomedical functions

Capacitor, piezoelectric transfer;Non-volatile memory, transparent semiconductors;Solid electrolyte (battery, fuel cell);

Fluorescence solar collector, solar cell;Laser element, light guide;optical switching, light amplification, antireflectingcoatings;non-linear optical effect (second generation).

Protection with hard coat, strong ceramics abrasive

Catalyst, membrane, gas barrier, repellent film

-Entrapment of enzyme, cell, coated implant, medical test

Refractory ceramics, fibers wood, aerogels;Low expansion ceramics;

Applications of sol-gel method

Optical and photonic functions

Electronic functions (ferrolectricity electronic and

ionic conduction)Thermal function

Mechanical functionsChemical functions Biomedical functions

Capacitor, piezoelectric transfer;Non-volatile memory, transparent semiconductors;Solid electrolyte (battery, fuel cell);

Page 9: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

189

������� ��������� ����������������������

���� ������������������������� ��������������

�0�$������$��������������&����$����������������

���������������������������������������������

��� ��������� ���� ����������� ���������� ����� ����

���������H���� � ���� �������� �� "�&&�� (6 �+� ����

�������������0��������������8H ��.9��������#������

���������������������������������$����������$���

���$�������$�� �������������������� ��$������

���������� ��$�������������������������� ����

������������������� ��������� ��������������

�������������������������� �������������������� �

������������������� �����������������������������

���������������������#���������������������������

������ ��������������������������������������

�������������������������������������������

Acnowledgemens�� �������� ����������� ��������������4������

������5������� ������6����������� ���������7���

�������������4��78��9�':;�14��,:<��"����� ���2�

REFERENCES

6��"��"�&&�$�:��"��4���"������������$���$��) *$�)3�

)��:��A��B�����$����A��"74�A$������������=����$

����$��632-�

*�����B��������$��������=������$���$�3$�6336$�6-21�

-��@��5��5�'����&�$�A��?��>0���$�@��@��4�������$�@�

���=&�$�5�����������4������$��$��631�$�����������

.��5��=���&�$����>�������$�@��@�&��$� ��C! �

������������"�����������,#���D�����5��=���&�$

63�*$����������

���!�������$�5��!�0$����>�������H�J�5������63-6

636$�63�3$�4������&�"�����4����G��0�

1��!�������$��� ����������87� �9$���$�6316$�*�*�

2��!�������$�:��?���������"���$���$�632*$�*16�

3��!�������$�:��?���������"���$���$�632.$�.33�

6 ��@��4������8���9$�:��?���������"���$���632)�

66��!��"���0��8���9$�:��?���������"���$���$�632-�

6)��:��E��0��&��8���9$�:��?���������"���$���632��

6*��"��"�&&�$�8���9$�:��?���������"���$�����6322�

6-��G������ ������8���9$�:��?���������"���$������6323�

6.��A��7�/�����8���9$�:��?���������"���$��������6336�

6���:��A�� ��8���9$�:��"��4���"��������������$��633-�

61�����G�������������A��G��8���9$�:��"��4���"������

�����$��6331�

62�����!���$�5��:����$�����"����8���9$�:��"��4���"��

����������6*$�6332�

63��G��F������8���9$�:��"��4���"������������$�� $�) �

) ��G��4� �����8���9$�:��"��4���"���������������$�) *�

)6��5������ ��������K@����������������� ������

4����$�4������������$���� ��� ������$�����4��H� ��$

��������������"����$�=�'� $�633.�

))��5������ ��������KK��������������� ������

4����$��������"�������:����$�>��$�) -�

)*��"��"�&&�$���������������������������"��$���$��6$

6321$�6�

)-��"��"�&&�������������=����$���$�632.$�6-�*�

).��"��"�&&�$�:��"��4���"������������$����) �$�6*.�

)���������%������$�4�� �����$� :�� "��4��� "��� ���

�����$���$�6332$�6.*�

)1��:��A�� �$�"���"���������$���$�633)$�* 1�*6*�

)2��"��"�&&�$�:��?���������"���$����632.$��.6��� �

)3��!��"�����$�:��?���������"���$���$�632.$��26�

* ��!��"���0�$�:��?���������"���$����632.$���3�

*6��:��B��0��$�:��?���������"���$���$�632.$��3*�

*)��@��4�����$�:��?���������"���$����632.$��).�

**��4��B��"������$�:��?���������"���$���$�632.���6�

*-��:��E��0��&$�:��"��4���"������������$��6331$�61�

*.��:��A�� �$�G��!������������"�����0$�5� ��"���"��

�����$��$�6322$�).3�

*���=��7��F����$�:��"��4���"������������$��$�633*$��.�11�

*1�����G��������$�:��"��4���"������������$���$�6332$�.6�

*2��"��"�&&�$����>&��$�:����:��������5����$���$�632*$�))�

*3��:�����G��&��0�$�:��"��4���"������������$��$�633*$�1�

- ��:�����G��&��0�$�F��K%$�:��"��4���"������������$

$�6331$��1*�

-6��G��4� ����$�:��"��4���"������������$�$�6331$�--*�

-)��4��"������$�:��"��4���"������������$�$�6331$�*.*�

-*�!��>��"�����$�7��4����$�!��>�� $����=��&����������

5��B�&���$�:��"��4���"������������$����6332$�*31�

--��4��� ��$� "��5���$� :�� "��4���"��� ���������$�

6331$� 336�

-.�� :�����G��&��0�$�7��=������$� :�� "��4���"��� ���

�����$�� �) $�)*�

-���"��"�&&�$�F&$�"�������������=������$���$�633)$�3 �

-1��%��?���� $����4���$�H��@��=� �������5��?��5�����$

:��"��4���"������������$��$�633�$�66*�

-2��:�����G��&��0������7��=������$�:��"��4���"������

�����$���$�6332$�*16�

Page 10: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

190

-3��G��>�&����$�:��"��4���"������������$��$�633�$�1�

. ��"��=������&��$�:���������������"��$��$�1$�) -$�662 �

.6��!��>0�&�$�"��"�&&�$������������G�������$���

633*$� ) *�

.)��:��B�������4��A��B�&��$�,� ���L��� ����!����

?����&�G�������� ��� "��4����������$������

G������$�633�$�6��1�

.*��!�� "�����$�4�� :������&��$� "��4���&�$�G�

G���� $�:��"��4���"���������$�� $�) $�*3�

.-��:�����G��&��0�$�:��"��4���"������������$���$�) *$�)*�

..��:��A�� �$�G��!����$���%��������������5������ ��

����������������$����������:�����G��&��0��������

���%�����8:���B���M"��$�?���F�&$�63229$�62*�

.���H��=�������$�:��"��4���"������������$��6331$��.�1�

.1��>��?�&����$�:��"��4���"������������$�� $�) $��.�

.2��4��B��"������$�:��?���������"���$����$�633)$�**�

.3��"��"�&&�$�>��>���$�:��?���������"���$���632)$

*6�-��

� �����B�������$����?�&�'��$����B� $�G��G����$�"

>0��$����H�'���$�>��!�����$�����"��

H��$�*.6$�6333$�)� �

�6�����B�������$�"��H�&�����$�G��G�����$���H�'���$

>��!�����$�:��"��4���"����������$�� $�) $�16�

�)�����?��&���$�5������������:���$���$�) *$��-��

�*��>������&��!������&�$�5������������:���$���$�) *$�16�

�-��>�������� �$�>��>�����$����G������$����G���$

:��"��4���"������������$���$�) *$�1 .�1 2�

�.�����G������$����G����$����> ���$�>�������� �$���

G���$�G���������� $�:��G����������$���$�) .$

).��)�*�

�������G������$�G��"�&�$����> ���$�>�������� �$�G�

�������� $�:���������"�����:����$����$�) �$�)��*.�

�1��>�������� �$�:��"��4���"���������$���$�) �$�)26�

)2.�

�2��5�����!��"�����$�:��?���������"���$���$�6323$

)2*�

�3���������$����A������������������$�:��5���������$

$� 632-$�.3.��

1 ������������$�:��A����$������$�6331$�1�

16������������$����B���$����"�������$�7��F���$���

�������&$�:��5�����������$����) -$�)36�

1)������"�H������$�A���������$�@�����E���=������0$

���G���$�>����������$�F��G�������/$� "�:�A�

����$�:��"��4���"����������$���$�) *$�*6.�

1*��A����������$�������"��H������$����,��$�@�����E��

=������0$�:������$�:��A����$��� �) $�1 )�1 .�

1-��A������H�$������� "��H������$�?�� :�� "���$�A���

�����$�@�����E���=������0$�:������$�������G�����$

��$� ) -$� 6. 1�6.6��

1.���4�����������������$�:��G����������������$���$�6323$

A6*�

1���=��4������$�=������$�:��"��@������������:�����E�&$

�����������$����633-$�66) ��

11��7�:����5���������$��������������$���$633.$�**�

12��:��A�� �$���������$������#$�:��5������������

G������$���$�) 6$��1*

13���������$���������$�,��A��$�:��A�� �$�:��G�����

�����$���$�) �$�6 6*�

2 ����:��=��&��$�:������������"��$���$�632)$�-�

26����:��=��&��$����G��!������$�:������������"��$���

632*$� 1.2�

2)��>��>����$����>�������$�!��"�0�&$�>��?����$���

!�����$�F��G����&�$�!��?���$�:��"��4���"��

������$�6-$�6333$�3.�

2*�����4��5�����$����>��"� �$�!��E��� $�:��"��4��

"���������$�6-$�6333$�1�

2-�����4�����$�H��=������$�?����������$�4��"��&�$

:�������������"��$���$�) 6$�)6� �

2.����������$�4������ $�!�� "���������� ������� :�

=�&$�?������8A���9$����$�633)$�16-�

2�������'$��������������4�����"����$�:��������������

"��$��$�) 6$�)6.2�

21���������$�4��G�&�$����!�����$����>���0���&$�:�

�������"���:���$����$�) �$�-).�

22��:��=��$�H������ ��$����������G�������$��$�633.$

11.�121�

23�����4�����$���������$�B����������$�"���������$����

4�����$�:��G�/���$�H��=�������$�������G�����$

��$� 6333$� -6)�-) �

3 ��G��"�����$�4��"����$� ���@�5�F����$�:��?��

������"���$�*-2$�) -$�6.��6�6�

36��:��!��������$����?�����$�!��4���0������$������

G�����$���$�) .$�)*- �)*-1�

3)��4�����"����$�A��5������$�:��A�������$������'$�:�

����������"��$��$�) )$�)626�

3*��F�������$�B��@� ��$�7��>�&�$���������$�:�������

�������"��$��$�6 $�) 6$�)61 �

3-�����4�� ��$�G���������'��$��������5�����5�����

����$���!����&$� =���$�>�����$��������

5����� 6331�

3.��G��5��5����$�%"�5���$�?�*�** ��31$�63�1�

3���������$������:����� ��G�����$��$�) 6$��33�

Page 11: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova

191

31�����"�����0$�4��:�����"��������$�H������������

4���$�������������������$��$�) *$�66*6�

32��!��"��?�����8���9$�!����&���,� ������� ���

!�����G������������?���������$�������"��

5�������A�����������$�%"�$�) *�

33��:��5����$�:��!�����$�G�����"���������$����������

:����� ��G�����$��$�) 6$�.26�

6 ��:�����G��&��0�$���"����������������������

5������ $�����A�A�!���'�����������%����$�:��

B���M"��$�?���F�&$�632�$����66*�

6 6��:�����G��&��0�$���%��������������5������ ��

����������������$� ���� :�����G��&��0�$������

%����$�:���B���M"��$�?���F�&$�6322$����.23�

6 )�����:��=��&��$�5� ���������������������������

�������5������������5������������������ ���$

����"��@����$����?��$�!��"�����$�7�������"��

5��������������$�633)$�����.�

6 *��A��>���� 8���9$� "��4���,����;� 5������ � ���

���������$�>��������������5��������$� 633*$

� $����6�

6 -����� :�� =��&��$�4��B�� "������$� "��4��� "�����$

��������5����$�"����� $�633 �

6 .�����:��=��&��$����7������&$�E��E��!���$�=���������

���������� ����������$�7�������"������5����$

���������$�632-�

6 ���"��"�&&��8���9$�!����&���"��4���"���������

������ �$�5������ ����������0�������������

����$�>������������5������$�=���L��������L

A���$�) .�

6 1��"�&&�$������������3����������� ���������������

��$�@����$�6321�

6 2��:��E��0��&�$�5����H���������"�����������5����

G�����$�C���������"�����������?���G�������D$

@����$�6322$�B����"���5�����A���$�"� ����$

���6..�

6 3��:��E��0��&�$�5����6)�����������4���������������

��$�@�����633�$�5�����!����"�������$�6331$����6�

66 ��!�������$���5����66����������4������������

�����$�@�����633*$�G�������������5�����!���$

"��$�633-$����)6�

666��!�������$���5����6)�����������4������������

�����$�@����� 6331$�5�����!����"��� ����$� "��$

6331$� *��

66)��=��"����������5����66�����������4��������

�������$�@�����633*$�G�������������5�����!���$

"��$�633-$����6�

66*��@��>0��&���$������������$� =�� "�������$�7�

>����$�:��G������"���A����$���$�633)$�6) ��

66-��@��>0��&���$������������$� =�� "�������$� 5�

!�������$���5����K@��������������4����$�G����$

�$�633)$����)6�

66.��=��"�������$�@��>0��&���$������������$���5���

K@��������� �����4����$�G����$���633)$�)�3�

66���@��>0��&���$������������$� =�� "�������$� 5�

"������$�:��G������"��$��$�633*$�6)1��

661��=�� "�������$�@��>0��&���$������������$���

>�����$�:��G������"��$��$�633*$�)*.*�

662��@��>0��&���$������������$�=��"�������$�:��G���

"��$��$�633*$�6)2*�

663��5���'����0&$�=��"�������$�7��>��������$�5���

K������������4����������������$�@�����633*$�G�

�����������5�����!���$�"��$�633-$����- .�

6) �����A��&��$�5����K�������������4������������

�����$�@����� 633*$�5�����!����"��� ����$� "��$

6331$����*.��

6)6�����A��&��$�F��������$�=��"�������$�5���������

�������������� �� �����$� ��������$� 5����� ���&�

�������"���633-$����*2 �

6))��F��������$�7��>��������$���5����K@��������� ��

��4����$�G����$���$�633)$����)*3�

6)*��A��4�� ���$�=��"�������$�F��������$�5����K��

�����������4����������������$�@�����633*$�G�

�����������5�����!���$��633-$����- .�

6)-�� =�� "�������$� "����0����0�$����A��&��$�F�

������$�������������$���$�633 $�*..�

6).�����A��&��$����=����'��$�=��"�������$�F��������$

A��4�� ���$�:��G������"��$���$�6336$�-2�6�

6)��� "����0����0�$�F�� ������$����F����$�������

�������$���$�6332$�)26�

6)1��F��������$�7��"�����$�F�������$�=��"�������$

7��>��������$�:��"��4���"�������������$��$�633-$

263�

6)2��F��������$�7��"�����$�F�������$�=��"�������$

7��>��������$�5����K������������4������������

�����$�@�����633*$�G�������5�����!���$�"��$

633-$����)-.�

6)3��=��"�������$����!��$�@�������$�"��>�������$

5����K�������������4����������������$�@����

633*$�5�����!����"�������$�"��$�6331$����*3�

6* �� =�� "�������$� 7�� >��������$� F�� ������$� 7�

>����&�$�:��"��4���"��������$���$�) *$�6) *�

6*6��=��"�������$�"��>�������$�7��>��������$�5�

Page 12: HISTORY OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY (REVIEW)dl.uctm.edu/journal/node/j2008-2/1_Ivanova_Dimitriev_181.pdf · Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova 181 Journal of the University

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008

192

�'����0&$���G�G��"�����$�G��!��@��H�������0$�:�

"��4���"��������$���$�) *$�)1*�

6*)�� =�� "�������$� F�� ������$� 5�� �'����0&$� "�

"�������$�F��������$�G���������A�&��$�:��"��

4���"��������$���$�6332$�)..�

6**�� =�� "�������$� F��������$� @�������$� 7�

>��������$�4��7������$�:��"��4���"��������$���

6332$� 3�3�

6*-��7��"�������0�&��$�F��������$�=�� :��$����

"������$����G���$�7��!����#$����7����$�5���$�KK

������� �������4����$�>��$�) -$�7������F&$

����������� �6)�)*�

6*.��4�� �������$� =�� "�������$� 5�� �'����0&$� F�

�0���&��$���G�G��"�����$�G��!��@��H�������0$�5���

?�������������?�������� �$��$�!����5����$

"��$�) -$�3-�

6*���4�� �������$� =�� "�������$� 5���'����0&$� 7�

>��������$�A��>��������$�7��7�������$���G�G�

"�����$�G��!��@��H�������0$�5����?������������

?�������� �$��$�!����5����$�"��$�) �$�)**�

6*1��4�� �������$� =�� "�������$� 5���'����0&$� A�

&��������$�7��������$�7�� 7�������$� ��G�G�

"�����$�G��!��@��H�������0$�5����?������������

?�������� �$��$�!����5����$�"��$�) .$�).-�

6*2��4���������$�=��"�������$�5���'�����&$�G��"�����$

!�@�H��������$� �������� 7������� :������ �

��������$��7:�$��$�) �$�26�

6*3��F��������$�G��=����&��$�7��>��������$�@���������$

=��"�������$�:��"��4���"����������6331$�3*1�

6- �����"������$�:��G��@���$�F��������$�G��>����$�A�

F�� $�7��4�����$�F��������$�5����?������������

?�������� �$�*$�!����5����$�"��$��) *$��1 �

6-6�����"������$�:��G��@���$�F��������$�G��>����$

7��4�����$�F��������$� 5����?��������� ���

?�������� �$��$�!����5����$�"��$��) -$�32�

6-)��=��"�������$�@�������$�F��������$�@���������$

4��4����$�:��"��4���"�����������$�633-$�36*�

6-*������5��&�$�5���������$�"��$�%��G$�6321

6--��F��������$���� �������$�G��G�������$���

>������&$�������������"��������������������$

��$�) .$�62.�

6-.��G��G�������$�����������$�F��������$����>������&$

?�������������?�������� �$��$�) .$�6)*�

6-���@��>0��&����$�G��G���&��$�?��=����&��$����

�������$�:��"��4���"��������$����) *$�1.*�

6-1��F�� ������$�7��>��������$�F��������$� 5����

������4������$���$�) $�*-3�

6-2��F��������$�F��������$�G��5��&��$���������$

"��������$�5�����������4������$����) $�*1.�

6-3��F��������$�!��!����$�F���������$�5����@�����

�����,���"��������/���$�4����������=����4����

"�������������)$�) )$�*))�

6. ��F��������$�!��!����$�"��!���'���$�����5��&�$

:��,��������������������G�������$�) .$�)-6�

6.6��F�� ������$�!�!����$�F��@����$�F��������$

:%��G$����) *$�6)11�

6.)��F��������$�F��@����$��0��G��� �&��$�G�!�@�

H��������$���G�G��"�����$�5����?������������

?�������� �$��$�!����5����$�"��$��) .$�633�

6.*��F�� @����$�F�� ������$� 5����?��������� ���

?�������� �$��$�!����5����$�"��$�) .$�) ��

6.-�� F�� ������$� �0��4�� ����$� ��� ����$�G�!�@�

H��������$���G�G��"�����$�5����?������������

?�������� �$��$�!����5����$�"��$��) �$�613�

6..��F�� ������$�F��������$� �0��4�� ����$� ��

=���&��$�G��H��������$����"�����$��������7���

�����:����������������$��$�) .$�-.)�

6.���F��������$��0��4�� ����$�F��������$����"�����$

G��H��������$�����"���H���$�����) �$�)16�

6.1�� ��� >�� ����$� ���� ��������� �� "���$�B����

�����������$�5�����?��F��6313�

6.2��"�������$��������$����A������$�5��!��G���$���

@�#$�:��"��4���"�����������$�633-$�).�)2�

6.3��G���������������$����:�5������$����A������$

:��"��4���"���������$�$�6331$�23�3*�

6� ��%�� "�������$�?��!��� $� "�������� �� �� ���

��������$�B����@�!�@���� $����$�) -

6�6��%��"�������$�:��"��4���"���������$���$�) *$�-1�