شیشه متخلخل

شیشه متخلخل نوعی از شیشه است که حاوی روزنه هایی به ابعاد نانومتر یا میکرومتر است. این شیشه ها معمولاً به سه روش تهیه می شوند: اول با استفاده از جدایش فاز شبه پایدار در شیشه های بوروسیلیکات ( مثل ترکیبات دارای SiO2، B2O3 و Na2O ) و بعد از آن استخراج مایع از یکی از فازهای تشکیل شده[ ۱] [ ۲] ؛ از طریق فرایند سل - ژل ( رسوب دهی محلول شیمیایی ) و در نهایت در روش سوم با تف جوشی پودر شیشه.
مشخصات منحصر به فرد و دسترسی تجاری، شیشه متخلخل را به یکی از جامدات آمورف تبدیل کرده که بیشترین تحقیقات درباره آن انجام شده و مشخصات بسیاری از آن در دسترس است. این نوع از شیشه ها از پتانسیل بالایی برخوردار بوده و مقاومت شیمیایی، حرارتی و مکانیکی خوبی از خود نشان می دهند که علت آن را می توان در شبکه سیلیکای صلب و تراکم ناپذیر جستجو کرد. این شیشه ها قابلیت تولید با کیفیت بالا و با روزنه هایی با حداقل اندازه 1nm را دارند و با یک عملیات اصلاح سطح داخلی ساده، کاربردهای زیادی برای این مواد موجود است.
یک مزیت ویژه دیگر شیشه های متخلخل در مقایسه با دیگر مواد متخلخل، این قابلیت است که علاوه بر امکان تولید به صورت پودر و دانه ( گرانول ) ، می توان آن را در ابعاد بزرگ و تقریباً در هر شکل و بافت که مدنظر است تولید کرد.
در نیمه اول قرن بیستم میلادی، ترنر و وینکس کشف کردند که می توان شیشه های بوروسیلیکات را با اسید شستشو داد. تحقیقات آنها نشان می داد پایداری شیمیایی علاوه بر تأثیرپذیری از عملیات حرارتی به چگالی، ضریب شکست، انبساط حرارتی و گرانروی نیز وابسته است[ ۳] . در سال 1934 میلادی کشف شد که اگر بر روی شیشه های بوروسیلیکات قلیایی عملیات حرارتی انجام شود، در فازهای محلول ( غنی از بورات سدیم ) و غیر محلول ( غنی از سیلیس ) جدا می شوند. با استخراج به وسیله اسیدهای معدنی می توان فاز محلول را از بین برد تا تنها شبکه سیلیس متخلخل باقی بماند. پس از استخراج و طی یک فرایند تف جوشی یک شیشه سیلیس تولید می شود که دارای خواص نزدیک به شیشه کوارتز است. تولید شیشه هایی با چنین خلوص بالا تحت فرایندی به نام وایکور انجام می شود.
در ادبیات علمی، شیشه متخلخل به ماده ای دارای منفذ گفته می شود که حاوی 96 درصد سیلیس است که حاصل فرایند استخراج اسیدی یا ترکیب استخراج اسیدی و قلیایی از شیشه های بوروسیلیکات قلیایی با فازهای جدا شده است و دارای یک ریزساختار متخلخل سه بعدی به هم پیوسته است. در شیشه های متخلخل تجاری موجود، از عبارات شیشه - وایکور متخلخل ( PVG ) و شیشه با منافذ کنترل شده ( CPG ) استفاده می شود. ساختار منافذ به وسیله یک سیستم شبکه ای پیوسته تشکیل شده و سطح مخصوصی معادل 10 تا 300m²/g دارد. شیشه های متخلخل را می توان به وسیله استخراج اسیدی شیشه های بوروسیلیکات قلیایی با فازهای جدا شده و یا با استفاده از فرایندهای سل - ژل به وجود آورد. با تنظیم پارامترهای تولید، می توان شیشه متخلخل با اندازه روزنه های بین 0. 4 تا 1000nm و توزیع بسیار نزدیک و فشرده روزنه ها تولید کرد. همچنین امکان تولید آن به شکل های متنوع اعم از ذرات با شکل نامعین ( مثل پودر و گرانول ) ، ذرات کروی، صفحات، میله، الیاف، غشاهای بسیار نازک، لوله ها و حلقه ها نیز وجود دارد.