Materialele nanocompozite au demonstrat îmbunătățirisemnificative ale proprietăților în comparație cu microcompozitele clasiceși/sau materialele polimerice, datorită avantajelor asociate atât cu materialulpolimeric, cât și cu umpluturile la scară nanometrică. Cu toate acestea,îmbunătățirile proprietăților nu depind doar de proprietățile individuale alematerialelor, ci și de fracțiunile lor de volum și de distribuția spațială saude interacțiunea dintre ele. Este recunoscut faptul că materialele de umpluturăla scară nanometrică, cu proprietățile lor valoroase, cum ar fi aria specificămare (raportul dintre suprafață și volum), permit un contact mai mare cusuprafața și o interacțiune mai puternică cu matricile polimerice, ceea ce ducela o îmbunătățire semnificativă a proprietăților nanocompozitelor rezultate laîncărcături destul de mici.

            Diferite nanoparticuleanorganice au fost utilizate ca materiale de armare pentru a obține performanțaîmbunătățită dorită pentru aplicații avansate. Unele dintre cele mai importantenanoparticule anorganice sunt particulele ceramice, cum ar fi SiO₂,Al₂O₃, CaCO₃, hidroxilapatita și ZrO₂,datorită caracteristicilor lor unice, cum ar fi duritatea, rezistența,rezistența la rupere, rezistența la uzură și stabilitatea chimică.

•       Ca membru important în familia pilelor decombustie, pila de combustie cu oxizi solizi (SOFC) este un dispozitiv completsolid care convertește energia chimică a combustibililor gazoși (de exemplu, H₂,CO și C_xH_y) și a oxidanților (O₂) în energieelectrică prin procese electrochimice cu cea mai mare eficiență de conversiedintre celelalte dispozitive convenționale de conversie a energiei.

•       Pilele de combustie cu oxid solid (SOFC)sunt una dintre cele mai promițătoare tehnologii de pile de combustie (FC).Însă provocările sunt critice, iar problemele sunt cauzate de materialeleelectrolitice care funcționează numai la temperaturi ridicate (HT) și împiedicăcomercializarea SOFC. Materialul SOFC utilizat în prezent, zircona stabilizatăcu ytrie (YSZ), a fost descoperit acum 100 de ani de Nernst și utilizat pentruSOFC în anii 1930.

Metoda sol-gel este o tehnică utilizată pentru a fabrica nanocompoziteceramice cu matrice de ZrO2 (oxid de zirconiu) care sunt utilizate în celulelede combustie cu oxid solid (SOFC-uri). Această metodă oferă un control precisasupra compoziției și microstructurii materialului final, esențial pentruperformanța SOFC-urilor.

Descrierea metodei sol-gel pentrufabricarea nanocompozitelor ceramice cu matrice de ZrO2

1. Prepararea soluției de sol-gel:
• Materii prime: Se utilizează precursori metalici solubili, cum ar fi sărurile metalice sau alcooli metalici. Pentru ZrO2, precursorul comun este izopropoxidul de zirconiu.
• Solvenți: Solvenți organici, cum ar fi etanolul sau izopropanolul, sunt folosiți pentru a dizolva precursorii metalici.
• Aditivi: Agenți de control al pH-ului și al tensiunii superficiale pot fi adăugați pentru a stabiliza soluția și a controla procesul de formare a gelului.
2. Formarea solului:
• Precursorii sunt dizolvați în solvent și se adaugă apă pentru a iniția hidroliza.
• Procesul de hidroliză și condensare duce la formarea unor particule coloidale dispersate în soluție, cunoscute sub numele de sol.
3. Formarea gelului:
• Solul este lăsat să evolueze în timp, transformându-se într-o rețea tridimensională continuă, formând un gel.
• Acest proces implică legarea particulelor coloidale prin punți de oxigen, conducând la formarea unei structuri solide poroase.
4. Îmbătrânirea și uscarea gelului:
• Gelul este îmbătrânit pentru a permite întărirea și maturarea rețelei.
• Uscarea gelului poate fi realizată prin diverse metode, cum ar fi uscarea aerului sau uscarea supercritic, pentru a evita colapsul structurii poroase.
5. Tratament termic:
• Gelul uscat este apoi supus unui tratament termic (calcinare) pentru a elimina reziduurile organice și pentru a cristaliza fazele ceramice.
• Acest tratament determină sinterizarea nanoparticulelor și formarea nanocompozitului ceramice cu matrice de ZrO2.