सॉल-जेल प्रक्रिया

सामग्री विज्ञान में, सोल-जेल प्रक्रिया छोटे अणुओं से ठोस सामग्री बनाने की एक विधि है। विधि का उपयोग धातु ऑक्साइड, विशेष रूप से सिलिकॉन (सी) और टाइटेनियम (टीआई) के ऑक्साइड के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में मोनोमर्स को एक कोलाइडयन समाधान ( सोल (कोलॉइड) ) में परिवर्तित करना शामिल है जो असतत कणों या नेटवर्क पॉलीमर  के एक एकीकृत नेटवर्क (या जेल) के लिए अग्रदूत के रूप में कार्य करता है। विशिष्ट अग्रदूत (रसायन विज्ञान) धातु एल्कोक्साइड हैं। सिरेमिक नैनोकणों के उत्पादन के लिए सोल-जेल प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है।

चरण
इस रासायनिक प्रक्रिया में, एक सोल (कोलाइड) (एक कोलाइडल घोल) बनता है जो फिर धीरे-धीरे एक जेल जैसी डिफासिक प्रणाली के गठन की दिशा में विकसित होता है जिसमें एक तरल चरण और ठोस चरण दोनों होते हैं जिनकी आकारिकी असतत कणों से लेकर निरंतर बहुलक नेटवर्क तक होती है। कोलाइड के मामले में, कणों (या कण घनत्व) का आयतन अंश इतना कम हो सकता है कि जेल जैसी गुणों को पहचानने के लिए तरल पदार्थ की एक महत्वपूर्ण मात्रा को शुरू में निकालने की आवश्यकता हो सकती है। इसे किसी भी तरह से पूरा किया जा सकता है। सबसे सरल तरीका यह है कि अवसादन के लिए समय दिया जाए और फिर शेष द्रव को उंडेल दिया जाए। चरण पृथक्करण की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए केन्द्रापसारण का भी उपयोग किया जा सकता है।

शेष तरल (विलायक) चरण को हटाने के लिए एक सुखाने की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, जो आमतौर पर एक महत्वपूर्ण मात्रा में संकोचन (ढलाई) और घनत्व के साथ होती है। जिस दर पर विलायक को हटाया जा सकता है वह अंततः जेल में सरंध्रता के वितरण से निर्धारित होता है। प्रसंस्करण के इस चरण के दौरान संरचनात्मक टेम्पलेट पर लगाए गए परिवर्तनों से अंतिम घटक की अंतिम सूक्ष्म संरचना स्पष्ट रूप से प्रभावित होगी।

बाद में, एक थर्मल उपचार, या फायरिंग प्रक्रिया, अक्सर आगे के पॉलीकोंडेशन का समर्थन करने और अंतिम सिंटरिंग, घनत्व और अनाज के विकास के माध्यम से यांत्रिक गुणों और संरचनात्मक स्थिरता को बढ़ाने के लिए आवश्यक होती है। अधिक पारंपरिक प्रसंस्करण तकनीकों के विपरीत इस पद्धति का उपयोग करने के विशिष्ट लाभों में से एक यह है कि घनत्व अक्सर बहुत कम तापमान पर प्राप्त किया जाता है।

अग्रदूत (रसायन विज्ञान) सोल या तो एक फिल्म बनाने के लिए एक सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) पर जमा किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, गहरा कोटिंग या स्पिन कोटिंग द्वारा), वांछित आकार के साथ एक उपयुक्त कंटेनर में कास्टिंग (जैसे, मोनोलिथिक सिरेमिक प्राप्त करने के लिए, चश्मा, खनिज ऊन, कृत्रिम झिल्ली, airgel ), या पाउडर को संश्लेषित करने के लिए उपयोग किया जाता है (जैसे, माइक्रोस्फीयर,  nanoparticle )। सोल-जेल दृष्टिकोण एक सस्ती और कम तापमान वाली तकनीक है जो उत्पाद की रासायनिक संरचना के ठीक नियंत्रण की अनुमति देती है। डोपेंट की थोड़ी मात्रा, जैसे कि डाई#सिंथेटिक डाई और दुर्लभ-पृथ्वी तत्व, को सोल में डाला जा सकता है और अंतिम उत्पाद में समान रूप से फैलाया जा सकता है। इसका उपयोग चीनी मिट्टी के प्रसंस्करण और निर्माण में निवेश कास्टिंग सामग्री के रूप में या विभिन्न उद्देश्यों के लिए धातु ऑक्साइड की बहुत पतली फिल्मों के निर्माण के साधन के रूप में किया जा सकता है। सोल-जेल व्युत्पन्न सामग्री में प्रकाशिकी,  इलेक्ट्रानिक्स, ऊर्जा, अंतरिक्ष, (जैव) सेंसर, दवा (जैसे, निरंतर रिलीज़ खुराक के रूप), प्रतिक्रियाशील सामग्री और पृथक्करण (जैसे, क्रोमैटोग्राफी) तकनीक में विविध अनुप्रयोग हैं।

सोल-जेल प्रसंस्करण में रुचि को 1800 के दशक के मध्य में इस अवलोकन के साथ देखा जा सकता है कि अम्लीय परिस्थितियों में टेट्राएथिल ओर्थोसिलिकेट (TEOS) के हाइड्रोलिसिस से सिलिकॉन डाइऑक्साइड का निर्माण हुआ। SiO22तंतुओं और मोनोलिथ के रूप में। सोल-जेल अनुसंधान इतना महत्वपूर्ण हो गया कि 1990 के दशक में इस प्रक्रिया पर दुनिया भर में 35,000 से अधिक पत्र प्रकाशित किए गए।

कण और पॉलिमर
सोल-जेल प्रक्रिया एक गीली-रासायनिक तकनीक है जिसका उपयोग ग्लासी और सिरेमिक सामग्री दोनों के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में, सोल (या समाधान) धीरे-धीरे एक जेल-जैसे नेटवर्क के निर्माण की दिशा में विकसित होता है जिसमें तरल चरण और ठोस चरण दोनों होते हैं। विशिष्ट अग्रदूत धातु अल्कोक्साइड और धातु क्लोराइड होते हैं, जो कोलाइड बनाने के लिए हाइड्रोलिसिस और पॉलीकोंडेशन प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं। ठोस चरण की मूल संरचना या आकृति विज्ञान असतत कोलाइडल कणों से लेकर निरंतर श्रृंखला-जैसे बहुलक नेटवर्क तक कहीं भी हो सकता है। कोलाइड शब्द का प्रयोग मुख्य रूप से ठोस-तरल (और/या तरल-तरल) मिश्रणों की एक विस्तृत श्रृंखला का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जिनमें से सभी में विशिष्ट ठोस (और/या तरल) कण होते हैं जो एक तरल माध्यम में विभिन्न डिग्री तक फैल जाते हैं। यह शब्द व्यक्तिगत कणों के आकार के लिए विशिष्ट है, जो परमाणु आयामों से बड़े हैं लेकिन एक प्रकार कि गति प्रदर्शित करने के लिए काफी छोटे हैं। यदि कण काफी बड़े हैं, तो निलंबन में किसी भी समय अवधि में उनका गतिशील व्यवहार गुरुत्वाकर्षण और अवसादन की शक्तियों द्वारा नियंत्रित होगा। लेकिन अगर वे कोलाइड होने के लिए काफी छोटे हैं, तो निलंबन में उनकी अनियमित गति को तरल निलंबित माध्यम में थर्मल रूप से उत्तेजित अणुओं के असंख्य सामूहिक बमबारी के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जैसा मूल रूप से अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने शोध प्रबंध में वर्णित किया था। आइंस्टीन ने निष्कर्ष निकाला कि इस अनियमित व्यवहार को ब्राउनियन गति के सिद्धांत का उपयोग करके पर्याप्त रूप से वर्णित किया जा सकता है, जिसमें अवसादन एक संभावित दीर्घकालिक परिणाम है। यह महत्वपूर्ण आकार सीमा (या कण व्यास) आमतौर पर दसियों एंगस्ट्रॉम (10-10 m) से कुछ माइक्रोमीटर (10 −6 मी). किसी भी मामले में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क) सोल (कोलाइड) विकसित होता है, फिर एक तरल चरण (जेल) युक्त एक अकार्बनिक नेटवर्क के गठन की ओर। धातु ऑक्साइड के निर्माण में धातु केंद्रों को ऑक्सो (एम-ओ-एम) या हाइड्रॉक्सो (एम-ओएच-एम) पुलों से जोड़ना शामिल है, इसलिए समाधान में धातु-ऑक्सो या धातु-हाइड्रॉक्सो पॉलिमर उत्पन्न करना।
 * कुछ रासायनिक परिस्थितियों में (आमतौर पर आधार-उत्प्रेरित सॉल में), कण कोलाइड बनने के लिए पर्याप्त आकार तक बढ़ सकते हैं, जो अवसादन और गुरुत्वाकर्षण बल दोनों से प्रभावित होते हैं। इस तरह के उप-माइक्रोमीटर गोलाकार कणों के स्थिर निलंबन के परिणामस्वरूप अंततः उनकी स्व-असेंबली हो सकती है - प्रोटोटाइप कोलाइडल क्रिस्टल की याद दिलाने वाली उच्च क्रम वाली माइक्रोस्ट्रक्चर: कीमती ओपीएएल ।
 * कुछ रासायनिक स्थितियों के तहत (आमतौर पर एसिड-उत्प्रेरित तलवों में), इंटरपार्टिकल बलों में उनके विकास से पहले काफी एकत्रीकरण और/या flocculation पैदा करने के लिए पर्याप्त ताकत होती है। कम घनत्व वाले पॉलिमर के अधिक खुले निरंतर नेटवर्क का निर्माण 2 और 3 आयामों में उच्च प्रदर्शन वाले ग्लास और ग्लास/सिरेमिक घटकों के निर्माण में भौतिक गुणों के संबंध में कुछ फायदे प्रदर्शित करता है।

दोनों मामलों में (असतत कण या निरंतर बहुलक नेटवर्क), सुखाने की प्रक्रिया जेल से तरल चरण को हटाने के लिए कार्य करती है, एक सूक्ष्म झरझरा अनाकार कांच या सूक्ष्म क्रिस्टलीय सिरेमिक का उत्पादन करती है। बाद के थर्मल उपचार (फायरिंग) को और अधिक पॉलीकोंडेशन के पक्ष में और यांत्रिक गुणों को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

एक उचित श्रेणी में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के साथ, ऑप्टिकल गुणवत्ता वाले शीसे रेशा और आग रोक सिरेमिक फाइबर दोनों तैयार किए जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इसके अलावा, रासायनिक संरचना की एक विस्तृत श्रृंखला के समान सिरेमिक पाउडर को वर्षा (रसायन विज्ञान) द्वारा बनाया जा सकता है।

पोलीमराइज़ेशन
स्टोबर प्रक्रिया एल्कोक्साइड के पोलीमराइज़ेशन का एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया उदाहरण है, विशेष रूप से टेट्रैथाइल ऑर्थोसिलिकेट। TEOS का रासायनिक सूत्र Si(OC2H5)4, या सी (या)4, जहां एल्काइल समूह आर = इथेनॉल | सी2H5. एल्कॉक्साइड्स सोल-जेल संश्लेषण के लिए आदर्श रासायनिक अग्रदूत हैं क्योंकि वे पानी के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। प्रतिक्रिया को हाइड्रोलिसिस कहा जाता है, क्योंकि एक हाइड्रॉकसिल  आयन सिलिकॉन परमाणु से निम्नानुसार जुड़ जाता है:
 * सी(या)4 + एच2हे → एच ओ-सी (या)3 + आर−ओएच

मौजूद पानी और उत्प्रेरक की मात्रा के आधार पर, हाइड्रोलिसिस सिलिका को पूरा करने के लिए आगे बढ़ सकता है:
 * सी(या)4 + 2 एच2हे → SiO2 + 4 आर−ओएच

पूर्ण हाइड्रोलिसिस के लिए अक्सर पानी की अधिकता और/या एसीटिक अम्ल  या हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे हाइड्रोलिसिस उत्प्रेरक के उपयोग की आवश्यकता होती है। [(या) सहित मध्यवर्ती प्रजातियां2−Si−(OH)2] या या)3−Si−(OH)] आंशिक हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के उत्पादों के रूप में हो सकता है। प्रारंभिक मध्यवर्ती दो आंशिक रूप से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर्स से उत्पन्न होते हैं जो एक सिलोक्सेन [सी-ओ-सी] बंधन से जुड़े होते हैं:
 * (या)3−Si−OH + HO−Si−(OR)3 → [(या)3सी-ओ-सी (या)3] + एच-ओ-एच

या
 * (या)3−Si−OR + HO−Si−(OR)3 → [(या)3सी-ओ-सी (या)3] + आर-ओएच

इस प्रकार, बहुलकीकरण सिलोक्सेन [सी-ओ-सी] बॉन्ड के 1-, 2-, या 3-आयामी नेटवर्क के गठन के साथ जुड़ा हुआ है, जिसमें एच-ओ-एच और आर-ओ-एच प्रजातियों का उत्पादन होता है।

परिभाषा के अनुसार, संघनन एक छोटे अणु को मुक्त करता है, जैसे पानी या अल्कोहल (रसायन)। इस प्रकार की प्रतिक्रिया पोलीमराइज़ेशन की प्रक्रिया द्वारा बड़े और बड़े सिलिकॉन युक्त अणुओं का निर्माण जारी रख सकती है। इस प्रकार, एक बहुलक सैकड़ों या हजारों इकाइयों से बना एक विशाल अणु (या मैक्रो मोलेक्यूल ) है जिसे मोनोमर्स कहा जाता है। एक मोनोमर बनने वाले बांडों की संख्या को इसकी कार्यक्षमता कहा जाता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन एल्कोक्साइड का पोलीमराइजेशन, बहुलक की जटिल शाखाओं (बहुलक रसायन) को जन्म दे सकता है, क्योंकि पूरी तरह से हाइड्रोलाइज्ड मोनोमर सी (ओएच)4 टेट्राफंक्शनल है (4 अलग-अलग दिशाओं में शाखा या बंधन कर सकता है)। वैकल्पिक रूप से, कुछ शर्तों के तहत (जैसे, कम पानी की सघनता) OR या OH समूहों (लिगैंड्स) के 4 से कम संघनन में सक्षम होंगे, इसलिए अपेक्षाकृत कम शाखाकरण होगा। हाइड्रोलिसिस और संक्षेपण के तंत्र, और कारक जो संरचना को रैखिक या शाखित संरचनाओं की ओर ले जाते हैं, सोल-जेल विज्ञान और प्रौद्योगिकी के सबसे महत्वपूर्ण मुद्दे हैं। यह प्रतिक्रिया बुनियादी और अम्लीय दोनों स्थितियों में अनुकूल है।

सोनो-ऑर्मोसिल
Sonication पॉलिमर के संश्लेषण के लिए एक कुशल उपकरण है। गुहिकायन कतरनी तनाव बल, जो एक गैर-यादृच्छिक प्रक्रिया में श्रृंखला को फैलाते हैं और तोड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आणविक भार और बहु-फैलाव कम होता है। इसके अलावा, बहु-चरण प्रणालियां बहुत कुशल फैलाव और पायस हैं, ताकि बहुत अच्छा मिश्रण प्रदान किया जा सके। इसका मतलब यह है कि अल्ट्रासाउंड पारंपरिक सरगर्मी पर पॉलीमेराईजेशन की दर को बढ़ाता है और इसके परिणामस्वरूप कम पॉलीडिस्पेरिटीज के साथ उच्च आणविक भार होता है। सोल-जेल प्रक्रिया के दौरान जेल-व्युत्पन्न सिलिका में silane मिलाने पर ऑर्मोसिल्स (ऑर्गेनिक रूप से संशोधित सिलिकेट) प्राप्त होते हैं। उत्पाद बेहतर यांत्रिक गुणों के साथ आणविक-पैमाने पर समग्र है। सोनो-ऑर्मोसिल्स को क्लासिक जैल की तुलना में उच्च घनत्व के साथ-साथ एक बेहतर थर्मल स्थिरता की विशेषता है। इसलिए एक स्पष्टीकरण पोलीमराइज़ेशन की बढ़ी हुई डिग्री हो सकती है।

पेचीनी प्रक्रिया
SiO जैसे सिंगल केशन सिस्टम के लिए2 और करने के लिए2, हाइड्रोलिसिस और संक्षेपण प्रक्रियाएं स्वाभाविक रूप से समरूप रचनाओं को जन्म देती हैं। स्ट्रोंटियम टाइटेनेट, SrTiO जैसे कई उद्धरणों वाले सिस्टम के लिए3 और अन्य पेरोवियन सिस्टम, स्टेरिक इमोबिलाइजेशन की अवधारणा प्रासंगिक हो जाती है। अलग-अलग हाइड्रोलिसिस और संघनन दरों के परिणाम के रूप में बाइनरी ऑक्साइड के कई चरणों के गठन से बचने के लिए, एक बहुलक नेटवर्क में धनायन का फंसाना एक प्रभावी तरीका है, जिसे आम तौर पर पेचिनी प्रक्रिया कहा जाता है। इस प्रक्रिया में, एक chelating एजेंट का उपयोग किया जाता है, सबसे अधिक बार साइट्रिक एसिड, जलीय धनायनों को घेरने के लिए और उन्हें बाँझ रूप से फँसाता है। इसके बाद, एक जेल या राल में chelated cations को स्थिर करने के लिए एक बहुलक नेटवर्क बनाया जाता है। यह अक्सर इथाइलीन ग्लाइकॉल का उपयोग करके पॉली-एस्टरीफिकेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। परिणामी बहुलक को तब कार्बनिक सामग्री को हटाने के लिए ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत दहन किया जाता है और सजातीय रूप से बिखरे हुए उद्धरणों के साथ एक उत्पाद ऑक्साइड प्राप्त होता है।

नैनो सामग्री
महीन सिरेमिक के प्रसंस्करण में, एक विशिष्ट पाउडर में अनियमित कण आकार और आकार अक्सर फैलाव (गैर-समान) पैकिंग आकारिकी का कारण बनते हैं जिसके परिणामस्वरूप पाउडर कॉम्पैक्ट में पैकिंग घनत्व भिन्नता होती है। आकर्षक वैन डेर वाल्स बलों के कारण चूर्ण का अनियंत्रित प्रवाह भी सूक्ष्म संरचनात्मक विषमताओं को जन्म दे सकता है। गैर-समान सुखाने के संकोचन के परिणामस्वरूप विकसित होने वाले विभेदक तनाव सीधे उस दर से संबंधित होते हैं जिस पर विलायक को हटाया जा सकता है, और इस प्रकार सरंध्रता के वितरण पर अत्यधिक निर्भर होता है। इस तरह के तनाव समेकित निकायों में प्लास्टिक-से-भंगुर संक्रमण से जुड़े हुए हैं, और राहत न मिलने पर बिना जले हुए शरीर में दरार पैदा कर सकता है।

इसके अलावा, कॉम्पैक्ट में पैकिंग घनत्व में किसी भी उतार-चढ़ाव के रूप में यह भट्ठा के लिए तैयार किया जाता है, अक्सर सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान बढ़ाया जाता है, विषम घनत्व उत्पन्न करता है। घनत्व भिन्नता से जुड़े कुछ छिद्रों और अन्य संरचनात्मक दोषों को सिंटरिंग प्रक्रिया में एक हानिकारक भूमिका निभाने के लिए दिखाया गया है और इस प्रकार अंत-बिंदु घनत्व को सीमित कर रहा है। विषम सघनता से उत्पन्न होने वाले विभेदक तनावों को भी आंतरिक दरारों के प्रसार के परिणामस्वरूप दिखाया गया है, इस प्रकार यह शक्ति-नियंत्रित दोष बन गया है। इसलिए यह एक सामग्री को इस तरह से संसाधित करने के लिए वांछनीय प्रतीत होता है कि यह कण आकार के वितरण का उपयोग करने के बजाय घटकों और सरंध्रता के वितरण के संबंध में भौतिक रूप से समान है, जो हरित घनत्व को अधिकतम करेगा। निलंबन में दृढ़ता से परस्पर क्रिया करने वाले कणों की एक समान रूप से छितरी हुई विधानसभा की रोकथाम के लिए कण-कण परस्पर क्रियाओं पर पूर्ण नियंत्रण की आवश्यकता होती है। मोनोडिस्पर्स कोलाइड्स यह क्षमता प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, कोलाइडल सिलिका के मोनोडिस्पर्स पाउडर को एकत्रीकरण के परिणामस्वरूप कोलाइडल क्रिस्टल या polycrystalline  कोलाइडल ठोस में उच्च स्तर की व्यवस्था सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर किया जा सकता है। लंबी दूरी के सहसंबंधों को स्थापित करने के लिए अनुमत समय और स्थान द्वारा आदेश की डिग्री सीमित प्रतीत होती है। इस तरह की दोषपूर्ण पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनाएं नैनोस्केल सामग्री विज्ञान के मूल तत्व प्रतीत होंगी, और इसलिए, अकार्बनिक प्रणालियों में माइक्रोस्ट्रक्चरल विकास में शामिल तंत्रों की अधिक कठोर समझ विकसित करने में पहला कदम प्रदान करती हैं जैसे कि सिन्टर्ड सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स।

अनुप्रयोग
सोल जेल-व्युत्पन्न उत्पादों के लिए आवेदन असंख्य हैं।     उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने इसका उपयोग दुनिया की सबसे हल्की सामग्री और इसके कुछ सख्त मिट्टी के पात्र बनाने के लिए किया है।

सुरक्षात्मक कोटिंग्स
सबसे बड़े अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक पतली फिल्म है, जिसे स्पिन कोटिंग या डिप-कोटिंग द्वारा सब्सट्रेट के एक टुकड़े पर उत्पादित किया जा सकता है। इन तरीकों से कांच, धातु और अन्य प्रकार के सबस्ट्रेट्स पर सुरक्षात्मक और सजावटी कोटिंग्स, और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक घटकों को लागू किया जा सकता है। एक साँचे में ढाला जाता है, और आगे सुखाने और गर्मी उपचार के साथ, उपन्यास गुणों वाले घने सिरेमिक या कांच के लेख बनाए जा सकते हैं जिन्हें किसी अन्य विधि से नहीं बनाया जा सकता है। अन्य कोटिंग विधियों में छिड़काव, वैद्युतकणसंचलन, इंकजेट शामिल हैं मुद्रण, या रोल कोटिंग।

पतली फिल्म और फाइबर
एक उचित सीमा में समायोजित सोल की चिपचिपाहट के साथ, प्रकाशित तंतु  और आग रोक सिरेमिक फाइबर दोनों खींचे जा सकते हैं जो क्रमशः फाइबर ऑप्टिक सेंसर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार, कई सिरेमिक सामग्री, दोनों ग्लासी और क्रिस्टलीय, थोक ठोस-राज्य घटकों से लेकर उच्च सतह क्षेत्र रूपों जैसे पतली फिल्मों, कोटिंग्स और फाइबर के विभिन्न रूपों में उपयोग पाई गई हैं। साथ ही, पतली फिल्मों ने इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र में अपना आवेदन पाया है और प्रतिरोधी गैस सेंसर के संवेदनशील घटकों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

नैनोस्केल पाउडर
नैनोपार्टिकल | अल्ट्रा-फाइन और एकसमान सिरेमिक पाउडर वर्षा द्वारा बनाया जा सकता है। दंत चिकित्सा, जैव चिकित्सा,  कृषि रसायनों  या कटैलिसीस अनुप्रयोगों के लिए नैनोस्केल कण आकार में एकल और एकाधिक घटक रचनाओं के इन पाउडर का उत्पादन किया जा सकता है। पाउडर अपघर्षक, विभिन्न प्रकार के परिष्करण कार्यों में उपयोग किए जाते हैं, एक सोल-जेल प्रकार की प्रक्रिया का उपयोग करके बनाए जाते हैं। सोल-जेल प्रसंस्करण के अधिक महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक ज़ीइलाइट संश्लेषण करना है। अन्य तत्वों (धातु, धातु आक्साइड) को अंतिम उत्पाद में आसानी से शामिल किया जा सकता है और इस विधि द्वारा गठित सिलिकेट सोल बहुत स्थिर है। अर्ध-स्थिर धातु परिसरों का उपयोग थर्मल उपचार के बिना उप-2 एनएम ऑक्साइड कणों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। बेस-उत्प्रेरित संश्लेषण के दौरान, हाइड्रॉक्सो (एम-ओएच) बॉन्ड को ऑक्सो (एम-ओ-एम) के पक्ष में एक लिगैंड का उपयोग करने से बचा जा सकता है जो हाइड्रॉक्सो शासन में प्रतिक्रिया को रोकने के लिए पर्याप्त मजबूत है लेकिन ऑक्सो शासन में प्रतिक्रिया की अनुमति देने के लिए पर्याप्त कमजोर है (पोरबैक्स देखें) आरेख)।

बायोमेडिकल
अनुसंधान में एक अन्य अनुप्रयोग संवेदी (बायोसेंसर) या उत्प्रेरक उद्देश्यों के लिए बायोमोलिक्यूल को शारीरिक या रासायनिक रूप से लीचिंग से रोकने और प्रोटीन या रासायनिक रूप से जुड़े छोटे अणुओं के मामले में उन्हें बाहरी वातावरण से बचाने के लिए, फिर भी छोटे अणुओं की अनुमति देकर फंसाना है। अणुओं की निगरानी की जानी है। प्रमुख नुकसान यह है कि स्थानीय वातावरण में परिवर्तन प्रोटीन या छोटे अणु की कार्यक्षमता को बदल सकता है और संश्लेषण कदम प्रोटीन को नुकसान पहुंचा सकता है। इसे दरकिनार करने के लिए, विभिन्न रणनीतियों का पता लगाया गया है, जैसे कि प्रोटीन के अनुकूल छोड़ने वाले समूहों (जैसे ग्लिसरॉल) के साथ मोनोमर्स और प्रोटीन को स्थिर करने वाले पॉलिमर (जैसे पॉलीथीन ग्लाइकॉल) को शामिल करना। इस प्रक्रिया से निर्मित अन्य उत्पादों में माइक्रोफिल्ट्रेशन, अल्ट्राफिल्ट्रेशन, नैनोफिल्टरेशन, परवापोरेशन और विपरीत परासरण के लिए विभिन्न सिरेमिक मेम्ब्रेन शामिल हैं। यदि एक गीले जेल में तरल को एक महत्वपूर्ण बिंदु (रसायन विज्ञान) स्थिति के तहत हटा दिया जाता है, तो एक अत्यधिक झरझरा और बेहद कम घनत्व वाली सामग्री जिसे एयरजेल कहा जाता है, प्राप्त होता है। कम तापमान के उपचार (25-100 डिग्री सेल्सियस) के माध्यम से जेल को सुखाकर, झरझरा ठोस मेट्रिसेस प्राप्त करना संभव है जिसे जेल#ज़ेरोजेल कहा जाता है। इसके अलावा, यूरेनियम डाइऑक्साइड के रेडियोधर्मी पाउडर के उत्पादन के लिए 1950 के दशक में एक सोल-जेल प्रक्रिया विकसित की गई थी।2और थोरियम डाइऑक्साइड|ThO2बड़ी मात्रा में धूल के उत्पादन के बिना परमाणु ईंधन के लिए।

ऑप्टो-मैकेनिकल
मैक्रोस्कोपिक ऑप्टिकल तत्वों और सक्रिय ऑप्टिकल घटकों के साथ-साथ बड़े क्षेत्र के गर्म दर्पण, ठंडे दर्पण, लेंस (प्रकाशिकी), और  बीम फाड़नेवाला  सभी इष्टतम ज्यामिति के साथ जल्दी और कम लागत पर सोल-जेल मार्ग के माध्यम से बनाए जा सकते हैं। प्रतिकूल परिस्थितियों में बेहतर ऑप्टो-मैकेनिकल गुणों के साथ उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स के प्रसंस्करण में, क्रिस्टलीय अनाज का आकार वस्तु के संश्लेषण या निर्माण के दौरान कच्चे माल में मौजूद क्रिस्टलीय कणों के आकार से काफी हद तक निर्धारित होता है। इस प्रकार दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य (~ 500 एनएम) के नीचे मूल कण आकार में कमी से प्रकाश का अधिकांश बिखराव समाप्त हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पारभासी या पारदर्शी सामग्री बन जाती है।

इसके अलावा, परिणाम बताते हैं कि सिन्टर्ड सिरेमिक नैनोमैटेरियल्स में सूक्ष्म छिद्र, मुख्य रूप से माइक्रोक्रिस्टलाइन अनाज के जंक्शनों पर फंस गए हैं, प्रकाश को बिखरने का कारण बनते हैं और वास्तविक पारदर्शिता को रोकते हैं। यह देखा गया है कि उच्च गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल ट्रांसमिशन के लिए इन नैनोस्केल छिद्रों (इंटरग्रेनुलर और इंट्राग्रेनुलर पोरसिटी दोनों) का कुल आयतन अंश 1% से कम होना चाहिए, यानी घनत्व सैद्धांतिक क्रिस्टलीय घनत्व का 99.99% होना चाहिए।

चिकित्सा
सोल-जेल के अद्वितीय गुण विभिन्न प्रकार के चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उनके उपयोग की संभावना प्रदान करते हैं।  एक सोल-जेल संसाधित एल्युमिना का उपयोग दवाओं के निरंतर वितरण के लिए एक वाहक के रूप में और एक स्थापित घाव भरने वाले के रूप में किया जा सकता है। निशान के आकार में एक उल्लेखनीय कमी मनाया गया सोल-जेल संसाधित सहित घाव भरने वाले सम्मिश्र के कारण  अल्युमिना । थ्रंबोलाइसिस उपचार के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण इंजेक्टेबल कंपोजिट के एक नए परिवार को विकसित करके संभव है: प्लास्मीनोजेन एक्टिवेटर एल्युमिना के भीतर फंसा हुआ है।

यह भी देखें

 * निलंबन में कोलाइडल कणों की छोटी गोलाकार बूंद एक साथ इकट्ठा
 * फ्रीज कास्टिंग
 * जमाना फ्रीज करें
 * जेलेशन के यांत्रिकी
 * जेलेशन का रैंडम ग्राफ थ्योरी
 * तरल-तरल निष्कर्षण

अग्रिम पठन

 * Colloidal Dispersions, Russel, W. B., et al., Eds., Cambridge University Press (1989)
 * Glasses and the Vitreous State, Zarzycki. J., Cambridge University Press, 1991
 * The Sol to Gel Transition. Plinio Innocenzi. Springer Briefs in Materials. Springer. 2016.

बाहरी संबंध

 * International Sol–Gel Society
 * The Sol–Gel Gateway