Las “cuatro caras” de las microsferas de sílice

Microsferas se refieren a partículas esféricas con un rango de tamaño desde micro hasta nano, y son ampliamente utilizadas como materiales compuestos. Han atraído una atención significativa debido a su gran área superficial específica, estructura mecánica estable, modificabilidad y alta capacidad de adsorción. Entre ellas, las microsferas de sílice se han convertido en uno de los materiales más maduros y ampliamente utilizados en la investigación. Microsferas de sílice destacan por su gran área superficial específica, bajo constante dieléctrica, bajo coeficiente de expansión y fuerte adsorción. También exhiben una excelente estabilidad química, resistencia al choque térmico y fácil dispersión, lo que las hace destacar entre otros tipos de microsferas.

Basándose en las características estructurales de las microsferas de SiO2, pueden clasificarse en cuatro tipos: microsferas no porosas, microsferas núcleo-capa, microsferas huecas y microsferas porosas.

• Las microsferas no porosas tienen una estructura completamente sólida y no porosa.
• Las microsferas huecas tienen una estructura de cavidad en el centro.
• Las microsferas núcleo-capa consisten en un núcleo sólido en el interior y una capa porosa en el exterior.
• Las microsferas porosas tienen numerosos poros en la superficie o dentro de la microsfera.

Dado que las microsferas de SiO2 tienen estructuras variadas, sus métodos de preparación también son diversos, incluyendo: secado por atomización, método sol-gel, método de plantilla dura, método de plantilla blanda, método en fase gaseosa, método de microemulsión, método de deposición química, método de polimerización por emulsión, método hidrotermal, entre otros.

(a) Estructura sólida (b) Estructura núcleo-capa (c) Estructura hueca (d) Estructura porosa

Microsferas no porosas

Las microsferas de sílice no porosas tienen buena estabilidad química, hidrofilicidad y modificabilidad. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la entrega de medicamentos, detección biológica, catálisis, materiales ópticos y otros campos. Además, poseen una gran área superficial específica y buena dispersabilidad, lo que las hace adecuadas para una variedad de investigaciones científicas y aplicaciones industriales.

Las microsferas de sílice no porosas pueden prepararse mediante método sol-gel y otros métodos. Al preparar microsferas sólidas, principalmente se utiliza tetraetil orthosilicato (TEOS) como fuente de silicio. Bajo la acción de ácido o base, la fuente de silicio sufre reacciones de hidrólisis y condensación. El producto de condensación crece en partículas esféricas bajo la acción de la tensión superficial. Por lo tanto, hay dos razones principales para la formación de poros en las microsferas preparadas. Una es que el TEOS no se hidroliza completamente y queda carbono orgánico residual, que forma poros después de la combustión a alta temperatura. La segunda es que el Si-OH no completa completamente la reacción de condensación. Entonces, se generan poros, y el tamaño de los poros es pequeño, lo que se considera microsferas sólidas.

Microsferas núcleo-capa

Las microsferas de sílice núcleo-capa se caracterizan por su alta eficiencia, rapidez y baja presión de retroceso. Se utilizan a menudo en técnicas de separación y análisis cromatográfico rápido.
Las microsferas núcleo-capa pueden prepararse combinando el método sol-gel con el método de plantilla.

Microesferas huecas

La sílice hueca tiene una estructura de cavidad en su interior. Es no tóxica, tiene un punto de fusión alto y estabilidad, y es fácil de modificar. Por lo tanto, tiene muchas aplicaciones en liberación controlada de fármacos, materiales refractarios, encapsulación de cápsulas, nanocatalizadores y más.

Las microesferas de sílice hueca se preparan principalmente mediante el método de plantilla. Cuando se utiliza el método de plantilla para preparar microesferas huecas, el proceso generalmente incluye los siguientes pasos:

• Preparar y funcionalizar la plantilla.
• Utilizar métodos físicos o químicos para recubrir la plantilla.
• Eliminar la plantilla.

Dependiendo del tipo de plantilla seleccionada en el proceso de preparación de la microesfera, así como de sus características funcionales y método de eliminación, el método de plantilla puede clasificarse en tres tipos: método de plantilla dura, método de plantilla blanda y método de plantilla sacrificial.

Microesferas porosas

Las microesferas de SiO2 porosas tienen propiedades excelentes, como no toxicidad, resistencia a altas temperaturas, propiedades físicas y químicas estables, una gran área superficial específica, tamaños de partículas y poros controlables, y fácil modificación superficial. Estas características las hacen valiosas para aplicaciones en catálisis, cromatografía líquida de alto rendimiento, biomedicina, biosensores y cosméticos.

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) clasifica los materiales porosos según el tamaño de los poros. Los poros menores de 2 nm se llaman microporos. Los poros entre 2 y 50 nm se llaman mesoporos, y los poros mayores de 50 nm se llaman macroporos.

Las microesferas de SiO2 porosas son estructuras completamente porosas. Incluyen microesferas de SiO2 microporosas, mesoporosas y macroporosas.

Los principales métodos de preparación para estas microesferas incluyen el método de plantilla basado en el método sol-gel, y el método de agregación coloidal inducida por polimerización (PICA).

Al utilizar el método de plantilla, los altos costos de producción y las reacciones complejas limitan su aplicación industrial. El proceso de reacción es difícil de controlar y la reproducibilidad es baja.

conclusión

Las microesferas de sílice se han convertido en materiales funcionales importantes debido a su estructura única y excelente rendimiento. Tienen cuatro estructuras principales: no porosas, núcleo-capa, huecas y porosas. Cada estructura tiene sus propias características de preparación y valor de aplicación.

Aunque algunos métodos de preparación tienen limitaciones de costo o proceso, las microesferas de sílice continúan impulsando el desarrollo innovador de la ciencia de materiales. También desempeñan un papel importante en campos interdisciplinarios, gracias a sus estructuras y funciones diseñables.

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