Szilikátok szol-gél szintézise és szerkezetvizsgálata Alumínium-szilikátok

A kriogéleket nagy porozitás (60 – 85 %) és hierarchikus pórus szerkezet jellemzi. A kriogél rendszerek egy folytonos, amorf, 3D-os vázszerkezetből, és csatornákba rendezett makropórusokból (8-16 μm) állnak. A makropórusok falában nanopórusok vannak bezárva (7-10 nm). Az ismert Al2O3 kriogélekkel szemben az itt kifejlesztett rendszerek megőrzik porózus szerkezetüket 1600 °C-ig is, annak ellenére, hogy a hőkezelések alatt átalakul a kötés és kristályos rendszerük is. Kiváló hőszigetelő képességűek (hővezetőképességük 0,042 W/mK).

Alumínium-szilikát nanokompozitok

► Al-acetátból és vízüvegből, Al / Si = 2 – 4 mólaránnyal nagy szilárdságú minta keletkezik, sokszorosan keményebb, mint más prekurzorból, más aránnyal szintetizált alumínium-szilikát tömb géleké. Az Al / Si = 2 – 4 mólarányú minták szilárdsága megmaradt 100 °C-os szárítás után is, de kisebb tömörségű, pórusosabb anyag keletkezett.

► Az extra mechanikai szilárdság egy nanokompozit szerkezethez köthető, egy Al-tartalmú, nanokristályos erősítő fázis jelenlétének. Az alumínium-szilikát nanokompozit egyrészt amorf alumínium-szilikát térhálóból áll, másrészt nanoméretű alumíniumtartalmú kristályos részecskékből.

A téma válogatott publikációi
  • K. Sinkó, R. Mezei: "Preparation effects on sol-gel derived aluminosilicate gels" J. Non-Cryst. Solids 231/1‑2. 1-9. (1998)
  • K. Sinkó, R. Mezei, M. Zrínyi: “Gelation of aluminosilicate systems under different chemical conditions” J. Sol-Gel Sci. Tech. 21. 147-156. (2001)
  • K. Sinkó, L. Pöppl: “Transformation of aluminosilicate wet gel to solid state” J. Sol. State Chem. 165. 1. 111. (2002)
  • K. Sinkó, A. Neményi, Zs. Tihanyszegi, H. Peterlik: „Study of Al- and Si-containing precursors in the sol-gel procedures” Proc. Inter. Japan Sampe 12. 1. 187-192. (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. 103-110. (2004)
  • K. Sinkó, N. Hüsing, G. Goerigk, and H. Peterlik: „Nanostructure of gel-derived aluminosilicate materials” Langmuir 24. 949-956. (2008)
  • K. Sinkó „Synthesis of aluminosilicate monolithic system by a novel fast ambient drying process” Ceramics International 42. 5100-5106 (2016)

Szilikátok szol-gél szintézise és szerkezetvizsgálata Kalcium-szilikátok – biokerámiák

► A szol-gél eljárás kifejlesztését a következő igények motiválták: olvasztás energiaigényének csökkentése; olyan összetételű kerámiák szintetizálása, amelyeket olvasztásos technológiával nem lehet kialakítani; a bioaktivitás szempontjából fontos porózus szerkezet létrehozása, valamint a természetes csontban is megtalálható karbonáttartalom egyszerű beépíthetősége.

► Az ammóniával katalizált kalcium-szilikát minták bizonyultak legalkalmasabbnak biokerámiák készítésére. Az ammónia alkalmazása a Q2 egységek (SiO)2Si(O−)2 vagy (SiO)2Si(OH)2 kialakulását segíti elő. A kalciumionok könnyen kötődnek a Q2-egységekhez. A Q2 mennyiségének növekedésével párhuzamosan a szilikátmátrixhoz kötődő Ca-ionok száma is sokkal nagyobb lesz. Bázisos közegben tömörebb, aggregátumos szerkezet alakul ki.

A téma válogatott publikációi
  • A. Meiszterics, K. Sinkó: „Sol-gel derived calcium silicate ceramic” Colloid Surface A 319. 143-148. (2008)
  • K. Sinkó, A. Meiszterics, L. Rosta: „Comparative study of calcium silicate bulk systems produced by different methods” Progress in Colloid and Polymer Science 135. 130-138. (2008)
  • A. Meiszterics, L. Rosta, H. Peterlik, J. Rohonczy, S. Kubuki, P. Henits, K. Sinkó: “Structural characterization of gel-derived calcium silicate systems” J. Phys. Chem. A 114. 10403-10411. (2010)
  • A. Meiszterics, K. Sinkó “Study of bioactive calcium silicate ceramic systems for biomedical applications” International Federation for Medical and Biological Engineering (IFMBE) Proc. Ed.: R. Magjarevic, Springer, ISSN: 1680-0737, 37. 1098-1101. (2012)
  • A. Meiszterics, K. Havancsák, K. Sinkó “Catalysis, nanostructure and macroscopic property triangle in bioactive calcium-containing ceramic system” Materials Science and Engineering C Materials for Biological Applications 33. 1371-1379. (2013)
  • K. Sinkó, A. Meiszterics, J. Rohonczy, B. Kobzi, S. Kubuki „Effect of phosphorus precursors on the structure of calcium phosphate silicate system” Materials Science & Engineering C 73. 767–777 (2017)

Szilikátok szol-gél szintézise és szerkezetvizsgálata Egyéb szilikátok

Iron phosphate glass

Fe2O3-Al2O3-SiO2

Iron(III) silicate

A téma válogatott publikációi
  • 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. 776-779. (2007)
  • S. Kubuki, K. Akagi, H. Sakka, Z. Homonnay, K. Sinkó, E. Kuzmann, H. Kurimoto, T. Nishida “Dissolution Behaviour of Iron Silicate Glass” Hyperfine Interaction, 192. 31-36. (2009)
  • Y. Takahashi, S. Kubuki, K. Akiyama, K. Sinkó, M. Ristić, T. Nishida „Visible light activated photocatalytic effect and local structure of iron silicate glass prepared by sol-gel method” Hyperfine Interaction 226. 747-753. (2014)
  • S. Kubuki, J. Iwanuma, Y. Takahashi, K. Akiyama, Z. Homonnay, K. Sinkó, E. Kuzmann, T. Nishida „Visible Light Activated Catalytic Effect of Iron Containing Soda-lime Silicate Glass Characterized by 57Fe-Mössbauer Spectroscopy” J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry 301. 1-7. (2014)
  • Y. Iida, K. Akiyama, B. Kobzi, K. Sinkó, Z. Homonnay, E. Kuzmann, M. Ristić, S. Krehula, T. Nishida, S. Kubuki „Structural analysis and visible light-activated photocatalytic activity of iron-containing soda lime aluminosilicate glass” Journal of Alloys and Compounds 645. 1-6. (2015)
  • B. Kobzi, E. Kuzmann, K. Sinkó, Z. Homonnay, S. Krehula, M. Ristić, T. Nishida, S. Kubuki "The relationship between SnII fraction and visible light activated photocatalytic activity of SnOx∙SiO2 glass studied by Mössbauer spectroscopy" J Radioanal Nucl Chem. 311. 1859-1865 (2017)
  • B. Kobzi, K. Nomura, K. Sinkó "Visible light-activated photo-Fenton dye degradation ability of different FeOx· SiO2 composite systems measured by 57Fe Mössbauer spectroscopy" J Radioanal Nucl Chem. 318, 1307–1315 (2018)
  • I. Khan, K. Sunakawa, R. Higashinaka, T. D Matsuda, Y. Aoki, K. Nomura, E. Kuzmann, Z. Homonnay, K. Sinkó, T. Naka, T. Nakane, S. Krehula, S. Music, S. Kubuki, „Structural characterization and magnetic properties of iron-phosphate glass prepared by sol-gel method” J Non-Cryst Solids 543, 1-11. (2020)
  • I. Khan, K. Nomura; E. Kuzmann; Z. Homonnay; K. Sinkó; M. Ristić; St. Krehula; S. Music; S. Kubuki „Photo-Fenton catalytic ability of iron-containing aluminosilicate glass prepared by sol-gel method” J Alloys and Compounds, 816, 5, 153227 (2020)
  • I. Khan, E. Kuzmann, K. Nomura, A. S Ali, K. Akiyama, Z. Homonnay, K. Sinkó, L. Pavić, S. Kubuki, „Structural characterization, electrical and photocatalytic properties of a- and g-Fe2O3 nanoparticles dispersed in iron aluminosilicate glass” J Non-Cryst Solids 561. 120756 (2021)
  • I. Khan, K. Akiyama, A. S. Ali, E. Kuzmann, Z. Homonnay, K. Sinkó, S. Kubuki „Photocatalytic degradation of organic dyes and phenol by iron-silicate glass prepared by sol-gel method” J New Chemistry, RSC 45 (40), 19019-19031 (2021)