본 연구에서는 졸-겔 공정에서 여러 변수([NH₃], T, r[H₂O/Si molar ratio])들이 가수분해와 축합중합반응 그리고 최종 실리카입자 크기에 미치는 영향과 전해질첨가에 따른 최종 실리카입자 크기 변화를 고찰하였다. 본 연구조건에서 [NH₃]와 r의 증가는 가수분해와 축합중합반응을 촉진시킨다. 가수분해와 축합중합반응의 활성화에너지는 5.78 그리고 3.34 kcal/mol 이었다. [NH₃]와 r의 증가는 최종 입자 크기를 증가시키나, 물 농도가 r=20일 때는 10일 때와 비교하여 오히려 입자크기가 감소하였으며, 온도의 증가는 입자의 크기를 감소시켰다. 용액내 염첨가에 의한 반응속도상수는 큰 영향을 받지않으나, 최종 실리카입자의 크기는 증가하였으며, 따라서 용액내 염의 첨가는 화학적인 작용보다는 물리적인 작용에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 또한 염의 종류를 변화시키면서 얻은 최종 실리카입자는 LiCl, NaCl 그리고 KCI 순으로 전기 이중충 내에서의 대이온농도 증가에 따라 입자의 크기가 증가함을 알 수 있다. 따라서 전해질에 대한 본 연구결과에 의하면, 전해질의 농도와 전해질의 이동도가 클수록 최종 실리카입자의 크기는 증가하며, 이러한 결과는 콜로이드 용액내 k(Debye-Huckel constant)값의 증가는 응집체를 이루는 미세입자의 크기를 감소시키고 최종 입자(응집체) 크기는 증가시킨다는 DLVO 이론에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 응집메카니즘에 의하여 얻은 미세입자와 최종입자 크기의 상관관계로부터, 본 연구계는 핵생성에 의하여 생성된 미세입자의 응집에 의하여 실리카입자가 성장하는 것을 알 수 있다.

The effects of reaction parameters such as [NH₃],r(H₂O/Si molar ratio) and temperature on hydrolysis, condensation and final silica particles, and the effects of electrolyte addition on the change of final silica particle sizes in the solgel process were investigated. In our experimental conditions, the increment of [NH₃] and r accelerates the hydrolysis and condensation and increases the particle size. But particle size decreases when r=20 as compared to when r=10. The activation energies of hydrolysis and condensation are 5.78 and 3.34 kcal/ mol, respectively, and the increase of the temperature decreases the particle size. The addition of salt to solutions does not affect the reaction rates, but increases the final silica particle sizes. The increase of the electrolyte concentration and the number of counter ions in electric double layer increase the final silica particle sizes due to the mobility of the counter ions in LiCl, NaCl and KCl. These results are quite compatible with DLVO theory in which the increase of κ(Debye-Huckel constant) decreases primary particle size and increases final particle size. Correlating primary particle sizes to final particle sizes obtained by the aggregation growth mechanisn shows that the final partcles grow through the aggregation of primary particles.

Sol-gel Method Silica Particle Hydrolysis Condesation Aggregation

Schmidt H, J. Non-Cryst. Solids, 100, 51 (1988) 
Bradley DC, "Metal Alkoxides," Academic Press, London (1978)
Nogami N, Moriya Y, J. Non-Cryst. Solids, 37, 191 (1980) 
Sakka S, "Better Ceramics through Chemistry I," Eds. Brinker. D.E., Clark, D.R., Ulrich, North-Holland, New York (1984)
Sakka S, Kamiya K, J. Non-Cryst. Solids, 63, 223 (1984) 
Stober W, Fink A, J. Colloid Interface Sci., 26, 62 (1968) 
Yoon HS, Park HS, Kim SH, HWAHAK KONGHAK, 32(4), 557 (1994)
Hiemenz PC, "Principle of Colloid and Surface Chemistry," 3nd Ed., Dekker (1986)
Hamaker HC, Physics, 4, 1058 (1937)
Hunter RJ, "Foundations of Colloid Science," Oxford (1987)
Bogush GH, Zukoski CF, J. Colloid Interface Sci., 142, 1 (1990) 
Levenspiel O, "Chemical Reaction Engineering," 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc. (1972)
Iler RK, "The Chemistry of Silica," John Wiley & Sons, Inc. (1979)
Brinker CJ, J. Non-Cryst. Solids, 100, 30 (1988)
Vrij A, VanHalden AK, J. Colloid Interface Sci., 81, 354 (1981) 
Bogush GH, Tracy MA, Zukoski CF, J. Non-Cryst. Solids, 104, 95 (1988) 
Nielson AE, "Kinetics of Precipitation," Pergamon, London (1964)
von Smoluchowski M, Phys. Z., 17, 557 (1916)
Muller H, Kohotdchem-Beih, 27, 223 (1928)
Yoon HS, "A Study on the Formation and the Characteristics of Monodispered Silica Particles by Sol-Gel Method," Ph.D. Dissertation, Sogang University (1993)