El vidrio poroso es un vidrio que incluye poros, generalmente en el rango nanométrico o micrométrico , comúnmente preparado mediante uno de los siguientes procesos: a través de la separación de fases metaestables en vidrios de borosilicato (como en su sistema SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 O), seguido de la extracción líquida de una de las fases formadas; [1] [2] a través del proceso sol-gel ; o simplemente mediante la sinterización de polvo de vidrio .
Las propiedades específicas y la disponibilidad comercial del vidrio poroso lo convierten en uno de los sólidos amorfos más ampliamente investigados y caracterizados . Debido a la posibilidad de modelar la microestructura , los vidrios porosos tienen un alto potencial como sistema modelo. Presentan una alta resistencia química, térmica y mecánica, que resulta de una red de sílice rígida e incompresible . Se pueden producir en alta calidad y con tamaños de poro que van desde 1 nm hasta cualquier valor deseado. Una fácil funcionalización de la superficie interna abre un amplio campo de aplicaciones para los vidrios porosos.
Otra ventaja especial de los vidrios porosos en comparación con otros materiales porosos es que pueden fabricarse no sólo en forma de polvo o granulado, sino también en piezas más grandes de casi cualquier forma y textura definidas por el usuario.
En la primera mitad del siglo XX, Turner y Winks descubrieron que los vidrios de borosilicato pueden lixiviarse con ácidos. Sus investigaciones mostraron que no solo la estabilidad química puede verse influenciada por el tratamiento térmico, sino también la densidad , el índice de refracción , la expansión térmica y la viscosidad . En 1934, Nordberg y Hood [ aclaración necesaria ] descubrieron que los vidrios de borosilicato alcalinos se separan en fases solubles (ricas en borato de sodio) e insolubles (ricas en sílice) si el vidrio se trata térmicamente. Mediante la extracción con ácidos minerales , la fase soluble se puede eliminar y queda una red porosa de sílice. Durante un proceso de sinterización después de la extracción, se genera un vidrio de sílice , que tiene propiedades que se acercan a las del vidrio de cuarzo . La fabricación de estos vidrios con alto contenido de sílice se ha publicado como el proceso VYCOR .
En la literatura científica, el vidrio poroso es un material poroso que contiene aproximadamente un 96% de sílice , que se produce mediante una extracción ácida o una extracción ácida y alcalina combinada respectivamente, de vidrios de borosilicato alcalinos separados en fases , y presenta una microestructura porosa interconectada tridimensional. Para los vidrios porosos disponibles comercialmente, se utilizan los términos vidrio VYCOR poroso (PVG) y vidrio de poro controlado (CPG). La estructura de poro está formada por un sistema de canales sintéticos y tiene una superficie específica de 10 a 300 m 2 /g. Los vidrios porosos se pueden generar mediante una extracción ácida de vidrios de borosilicato alcalinos separados en fases, o mediante un proceso sol-gel. Al regular los parámetros de fabricación, es posible producir un vidrio poroso con un tamaño de poro de entre 0,4 y 1000 nm en una distribución de tamaño de poro muy estrecha. Se pueden generar diversos moldes, por ejemplo, partículas irregulares (polvo, granulado), esferas, placas, barritas, fibras, membranas ultrafinas, tubos y anillos.
La condición previa para la fabricación repetitiva de vidrio poroso es el conocimiento de los parámetros que determinan y controlan la estructura. La composición del vidrio inicial es un parámetro que controla la estructura. La fabricación del vidrio inicial, principalmente el proceso de enfriamiento, la temperatura y el tiempo de tratamiento térmico, y el tratamiento posterior son parámetros que determinan la estructura. El diagrama de fases para el vidrio de sodio-borosílice muestra una brecha de miscibilidad para ciertas composiciones de vidrio.
La temperatura crítica superior se sitúa en torno a los 760 °C y la inferior en torno a los 500 °COS. Moltschanova fue la primera persona que describió con exactitud la definición de exsolución. Para una separación de fases, la composición inicial del vidrio debe encontrarse en el intervalo de miscibilidad del Na ternario.
2O - B
2Oh
3- SiO
2Sistema de vidrio. Mediante un tratamiento térmico se genera una estructura de interpenetración, que resulta de una descomposición espinodal de la fase de borato rica en sodio y la fase de sílice. Este procedimiento se denomina descomposición primaria . A partir de una composición de vidrio inicial, que se encuentra en la línea de anomalía, es posible alcanzar una descomposición máxima, que es casi sin deformaciones.
Como ambas fases tienen diferentes resistencias al agua, los ácidos minerales y las soluciones de sales inorgánicas, la fase de borato rica en sodio en estos medios se puede eliminar mediante extracción. La extracción óptima solo es posible si la composición inicial del vidrio y el tratamiento térmico se eligen de manera que se formen estructuras combinadas y no estructuras en forma de gotas. La textura está influenciada por la composición del vidrio inicial, que dirige el tamaño y el tipo de áreas de descomposición. En el contexto de los vidrios porosos, "textura" implica propiedades como el volumen específico de poros, la superficie específica, el tamaño de poro y la porosidad. Además, la textura de los vidrios porosos está influenciada por la concentración del medio de extracción y la relación de fluido a sólido. Las áreas de descomposición emergentes dependen del tiempo y la temperatura del tratamiento térmico.
Además, la sílice coloidal se disuelve en la fase de borato rica en sodio cuando se incrementa el tiempo y la temperatura del tratamiento térmico. Este proceso se denomina descomposición secundaria. La sílice coloidal se deposita en los macroporos durante la extracción y oculta la estructura real de los poros. La solubilidad de la sílice coloidal en soluciones alcalinas es mayor que la de la sílice reticular y, por lo tanto, se puede eliminar mediante un postratamiento alcalino.
Gracias a su elevada estabilidad mecánica, térmica y química, a la fabricación variable de tamaños de poro con una distribución de tamaño de poro pequeña y a la variedad de modificaciones de superficie, son posibles una amplia gama de aplicaciones. El hecho de que los vidrios porosos se puedan producir en muchas formas diferentes es otra ventaja para su aplicación en la industria, la medicina, la investigación farmacéutica, la biotecnología y la tecnología de sensores.
Los vidrios porosos son ideales para la separación de materiales debido a la pequeña distribución del tamaño de poro. Por este motivo, se utilizan en cromatografía de gases, cromatografía de capa fina y cromatografía de afinidad. Es posible adaptar la fase estacionaria a un problema de separación mediante una modificación específica de la superficie del vidrio poroso.
En biotecnología, los vidrios porosos tienen ventajas para la limpieza del ADN y la inmovilización de enzimas o microorganismos. El vidrio de poro controlado (CPG) con tamaños de poro entre 50 y 300 nm también es excelente para la síntesis de oligonucleótidos . En esta aplicación, un enlazador, un nucleósido o un compuesto no nucleosídico, se une primero a la superficie del CPG. La longitud de la cadena de oligonucleótidos producidos depende del tamaño de poro del CPG.
Además, los vidrios porosos se utilizan para la fabricación de implantes, especialmente implantes dentales, para los que el polvo de vidrio poroso se procesa con plásticos para formar un compuesto. El tamaño de partícula y el tamaño de poro influyen en la elasticidad del compuesto para adaptar las propiedades ópticas y mecánicas al tejido circundante, por ejemplo, el aspecto y la dureza del esmalte dental.
La tecnología de membranas es otro campo de aplicación importante, ya que permite formar vidrios porosos en forma de plaquetas. La hiperfiltración de agua salada y salobre y la ultrafiltración en el "proceso posterior" son solo dos de ellas. Además, suelen ser adecuadas como soporte para catalizadores. Por ejemplo, la metátesis de olefinas se realizó en el sistema metal-óxido metálico/vidrio poroso.
Los vidrios porosos también se pueden utilizar como reactores de membrana, nuevamente debido a su alta estabilidad mecánica, térmica y química. Los reactores de membrana pueden mejorar la conversión de reacciones de equilibrio limitado, mientras que un producto de reacción se elimina mediante una membrana selectiva. Por ejemplo, en la descomposición de sulfuro de hidrógeno en un catalizador en un capilar de vidrio, la conversión por reacción fue mayor con el capilar de vidrio que sin él.
{{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite book}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )