Quá trình Sol-Gel (Sol-Gel Process)

Quá trình Sol-Gel là một phương pháp hóa học ướt (wet-chemical) linh hoạt được sử dụng để tổng hợp nhiều loại vật liệu rắn, đặc biệt là oxit kim loại hoặc gốm sứ, từ các tiền chất phân tử. Điểm đặc trưng của phương pháp này là sự chuyển đổi của một hệ thống từ trạng thái lỏng, gọi là “sol” (dung dịch keo), sang trạng thái rắn-lỏng, gọi là “gel” (mạng lưới rắn chứa đầy pha lỏng). Quá trình này cho phép kiểm soát chặt chẽ cấu trúc và thành phần của vật liệu ở cấp độ nano, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết và đồng nhất cao ở nhiệt độ tương đối thấp. Từ gel thu được, người ta có thể chế tạo ra các vật liệu với nhiều hình thái khác nhau như bột siêu mịn, màng mỏng, sợi quang, vật liệu xốp (aerogel, xerogel) và vật liệu khối.

Các bước chính trong quá trình Sol-Gel

Thủy phân: Quá trình bắt đầu với dung dịch tiền chất, phổ biến nhất là các alkoxide kim loại có công thức chung là $M(OR)_n$, trong đó M là một ion kim loại (ví dụ: Si, Ti, Zr, Al), R là một nhóm alkyl (ví dụ: metyl, etyl), và n là hóa trị của kim loại. Khi có mặt nước, các nhóm alkoxide (-OR) sẽ bị thay thế bởi các nhóm hydroxyl (-OH). Phản ứng này thường được xúc tác bởi axit hoặc bazơ để kiểm soát tốc độ và cơ chế phản ứng. Phản ứng thủy phân tổng quát là:
$M(OR)_n + nH_2O \rightarrow M(OH)_n + nROH$
Ngưng tụ: Các phân tử đã được hydroxyl hóa hoặc các nhóm hydroxyl và alkoxide còn sót lại sẽ phản ứng với nhau để hình thành các liên kết oxo (M–O–M) hoặc hydroxo (M–OH–M) bền vững, đồng thời giải phóng các phân tử nhỏ như nước hoặc rượu. Quá trình này tạo ra các polyme oxit ngày càng lớn hơn. Có hai cơ chế ngưng tụ chính:
- Ngưng tụ tạo nước (Olation): $M-OH + HO-M \rightarrow M-O-M + H_2O$
- Ngưng tụ tạo rượu (Alcoxolation): $M-OR + HO-M \rightarrow M-O-M + ROH$
Sự tạo Gel (Gelation): Khi các phản ứng thủy phân và ngưng tụ tiếp diễn, các oligome và polyme oxit nhỏ sẽ liên kết với nhau, hình thành một mạng lưới không gian ba chiều liên tục và trải rộng khắp thể tích chất lỏng. Thời điểm mà mạng lưới này hình thành, làm cho dung dịch mất đi tính lưu biến và trở thành một khối bán rắn, được gọi là điểm gel. Hệ thống lúc này là một gel, bao gồm một pha rắn (mạng lưới oxit) và một pha lỏng (dung môi và sản phẩm phụ bị giữ lại trong các lỗ xốp của mạng lưới).
Lão hóa (Aging): Sau khi gel hóa, gel thường được giữ trong dung dịch mẹ một khoảng thời gian nhất định. Trong giai đoạn này, các phản ứng ngưng tụ vẫn tiếp tục diễn ra, làm cho mạng lưới gel trở nên cứng và chắc hơn. Các hiện tượng như tái cấu trúc và hòa tan-kết tủa lại có thể xảy ra, làm thay đổi cấu trúc và tính chất của các lỗ xốp bên trong gel.
Sấy khô và xử lý nhiệt: Đây là bước cuối cùng để loại bỏ pha lỏng ra khỏi gel và tạo thành vật liệu rắn cuối cùng. Tùy thuộc vào phương pháp sấy khô, ta có thể thu được các loại vật liệu khác nhau:
- Sấy khô thông thường: Việc bay hơi dung môi từ từ sẽ gây ra lực mao dẫn lớn, làm cho mạng lưới gel bị co lại và sụp đổ, tạo thành một vật liệu rắn đặc và có độ xốp thấp gọi là xerogel.
- Sấy khô siêu tới hạn: Dung môi được loại bỏ ở điều kiện nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn của nó. Ở trạng thái này, không có ranh giới pha lỏng-khí và không có sức căng bề mặt, do đó cấu trúc của gel được bảo toàn gần như nguyên vẹn, tạo ra aerogel – một loại vật liệu siêu nhẹ với độ xốp cực cao.
- Thiêu kết (Nung): Gel khô (xerogel hoặc aerogel) được nung ở nhiệt độ cao. Quá trình này giúp loại bỏ hoàn toàn các chất hữu cơ còn sót lại, làm tăng mật độ của vật liệu, và có thể dẫn đến sự kết tinh để tạo thành vật liệu gốm (ceramic) đa tinh thể.

Ưu điểm của quá trình Sol-Gel

Phương pháp Sol-Gel sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các kỹ thuật tổng hợp vật liệu truyền thống (như phương pháp nóng chảy hay pha rắn), giúp nó trở thành một công cụ mạnh mẽ trong khoa học vật liệu:

Kiểm soát thành phần và vi cấu trúc ở cấp độ phân tử: Vì quá trình bắt đầu từ các tiền chất ở dạng dung dịch lỏng đồng nhất, người ta có thể dễ dàng kiểm soát tỷ lượng các thành phần với độ chính xác cao. Điều này cho phép tạo ra các vật liệu đa thành phần hoặc pha tạp (doping) với sự phân bố nguyên tố cực kỳ đồng đều, điều khó có thể đạt được bằng các phương pháp cơ học.
Nhiệt độ xử lý thấp: Các phản ứng thủy phân và ngưng tụ diễn ra ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ sôi của dung môi, thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ nóng chảy của các oxit tương ứng. Quá trình nung kết để tạo gốm đặc cũng diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn do các hạt có kích thước nano, hoạt tính cao. Điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn cho phép tổng hợp các pha vật liệu không bền ở nhiệt độ cao và tạo lớp phủ trên các đế nhạy cảm với nhiệt.
Độ tinh khiết và đồng nhất cao: Bằng cách sử dụng các tiền chất có độ tinh khiết cao và thực hiện quá trình trong môi trường được kiểm soát, sản phẩm cuối cùng có thể đạt độ tinh khiết vượt trội. Sự trộn lẫn ở cấp độ phân tử trong dung dịch sol ban đầu đảm bảo độ đồng nhất hóa học trên toàn bộ vật liệu.
Tính linh hoạt trong việc tạo hình sản phẩm: Trạng thái lỏng của sol cho phép dễ dàng tạo ra vật liệu với nhiều hình dạng phức tạp. Vật liệu Sol-Gel có thể được chế tạo dưới dạng màng mỏng (bằng phương pháp phủ nhúng, phủ quay), sợi (bằng phương pháp kéo sợi), bột siêu mịn, vật liệu khối (monolith), và các cấu trúc xốp đặc biệt như aerogel và xerogel.

Ứng dụng của quá trình Sol-Gel

Nhờ những ưu điểm kể trên, quá trình Sol-Gel được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao:

Sản xuất các lớp phủ màng mỏng chức năng: Đây là một trong những ứng dụng thương mại thành công nhất. Các lớp phủ Sol-Gel được dùng để tạo màng chống phản xạ cho kính mắt và pin mặt trời, lớp phủ cứng chống trầy xước, lớp phủ chống ăn mòn, lớp phủ tự làm sạch, và màng lọc.
Tổng hợp gốm và thủy tinh tiên tiến: Sản xuất các loại gốm kỹ thuật có khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt độ cao, hoặc có các tính chất điện đặc biệt. Chế tạo sợi quang, thủy tinh hoạt tính quang học, và vật liệu gốm sinh học (bioceramics) dùng trong cấy ghép y tế.
Chất xúc tác và chất mang xúc tác: Khả năng tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc lỗ xốp được kiểm soát làm cho vật liệu Sol-Gel trở thành chất mang lý tưởng cho các hạt nano kim loại hoạt động xúc tác, được ứng dụng trong xử lý khí thải và tổng hợp hóa học.
Vật liệu quang học, quang tử và cảm biến: Chế tạo các linh kiện quang học như thấu kính, bộ dẫn sóng quang. Các ma trận gel xốp có thể chứa các phân tử hữu cơ hoặc sinh học nhạy cảm, tạo ra các loại cảm biến hóa học và sinh học có độ nhạy cao.
Ứng dụng trong y sinh: Các vật liệu Sol-Gel, đặc biệt là silica và các gốm canxi photphat, có tính tương thích sinh học cao. Chúng được nghiên cứu để làm hệ thống mang và giải phóng thuốc có kiểm soát, và làm giàn đỡ (scaffold) cho kỹ thuật tái tạo mô xương.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Sol-Gel

Chất lượng và tính chất của sản phẩm cuối cùng phụ thuộc rất lớn vào việc kiểm soát cẩn thận các thông số trong quá trình tổng hợp. Các yếu tố quan trọng nhất bao gồm:

Bản chất của tiền chất: Loại tiền chất alkoxide (ví dụ, tetramethoxysilan – TMOS so với tetraethoxysilan – TEOS) ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng. Các nhóm alkyl càng cồng kềnh thì càng cản trở không gian, làm giảm tốc độ thủy phân. Độ dài mạch alkyl cũng ảnh hưởng đến lượng carbon còn sót lại trong sản phẩm cuối.
Tỷ lệ nước/tiền chất (r): Tỷ lệ mol của nước so với tiền chất là một thông số cực kỳ quan trọng. Nếu tỷ lệ này thấp (r < n, với n là hóa trị kim loại), quá trình thủy phân không hoàn toàn, dẫn đến mạng lưới polyme chứa nhiều nhóm hữu cơ. Nếu tỷ lệ cao, quá trình thủy phân diễn ra nhanh và hoàn toàn, tạo ra một mạng lưới vô cơ hơn.
Loại và nồng độ chất xúc tác (độ pH của dung dịch):
- Xúc tác axit (pH < 7): Thúc đẩy phản ứng thủy phân diễn ra nhanh hơn phản ứng ngưng tụ. Điều này tạo ra các chuỗi polyme dài, ít phân nhánh. Gel hình thành có cấu trúc mịn, lỗ xốp nhỏ và trong suốt hơn.
- Xúc tác bazơ (pH > 7): Thúc đẩy phản ứng ngưng tụ diễn ra nhanh hơn. Điều này tạo ra các cụm hạt (cluster) có độ phân nhánh cao. Các cụm hạt này sau đó liên kết với nhau tạo thành gel. Gel hình thành thường có cấu trúc dạng hạt, lỗ xốp lớn hơn và mờ đục.
Dung môi: Dung môi không chỉ có vai trò hòa tan tiền chất mà còn ảnh hưởng đến nồng độ các chất phản ứng. Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi cũng tác động đến quá trình tạo gel và đặc biệt quan trọng trong giai đoạn sấy khô, quyết định mức độ co ngót của gel.
Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến động học của cả phản ứng thủy phân và ngưng tụ. Tăng nhiệt độ thường làm tăng tốc độ của cả hai phản ứng, rút ngắn thời gian tạo gel.
Thời gian lão hóa: Việc giữ gel trong dung dịch mẹ sau khi gel hóa (quá trình lão hóa) cho phép các phản ứng ngưng tụ tiếp tục diễn ra, làm tăng độ bền cơ học của mạng lưới, thay đổi kích thước lỗ xốp và diện tích bề mặt.

Các biến thể của quá trình Sol-Gel

Bên cạnh quy trình Sol-Gel kinh điển sử dụng tiền chất alkoxide, nhiều biến thể đã được phát triển để tối ưu hóa quá trình cho các ứng dụng cụ thể, sử dụng các tiền chất rẻ hơn hoặc tạo ra các cấu trúc chuyên biệt:

Quá trình Sol-Gel sử dụng tiền chất vô cơ: Thay vì các alkoxide kim loại đắt tiền và nhạy cảm với độ ẩm, phương pháp này sử dụng các muối vô cơ rẻ và bền hơn (ví dụ: chloride, nitrate, acetate). Trong trường hợp này, sol được hình thành bằng cách thủy phân có kiểm soát các ion kim loại hydrat hóa, thường thông qua việc điều chỉnh độ pH của dung dịch để gây ra sự kết tủa của hydroxide hoặc oxit-hydroxide, sau đó các hạt này sẽ keo tụ lại thành gel.
Phương pháp Pechini: Đây là một biến thể của phương pháp Sol-Gel đặc biệt hiệu quả để tổng hợp các oxit đa kim loại phức tạp với độ đồng nhất thành phần ở cấp độ nguyên tử. Trong phương pháp này, các ion kim loại đầu tiên được tạo phức chelate với một axit hydroxycarboxylic (thường là axit citric). Sau đó, một polyalcohol (như ethylene glycol) được thêm vào và dung dịch được đun nóng để thúc đẩy phản ứng este hóa giữa axit citric và polyalcohol, tạo ra một mạng lưới polyme polyester. Các ion kim loại bị giữ cố định và phân bố đồng đều bên trong mạng lưới nhựa này, ngăn chặn sự tách pha trong các bước xử lý nhiệt tiếp theo.
Quá trình Sol-Gel có khuôn mẫu (Template-assisted Sol-Gel): Kỹ thuật này sử dụng các cấu trúc có sẵn làm khuôn để định hình vật liệu Sol-Gel ở cấp độ nano. Khuôn có thể là “khuôn mềm” (soft templates) như các mixen của chất hoạt động bề mặt hoặc các copolyme khối, hoặc “khuôn cứng” (hard templates) như các hạt cầu silica, hạt nhựa polymer. Sol sẽ lấp đầy các khoảng trống của khuôn, sau khi gel hóa và xử lý nhiệt để loại bỏ khuôn (bằng cách nung hoặc hòa tan), vật liệu cuối cùng sẽ có cấu trúc là bản sao âm (negative replica) của khuôn, ví dụ như các vật liệu mesoporous có trật tự cao.

Hạn chế của quá trình Sol-Gel

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, phương pháp Sol-Gel cũng tồn tại một số thách thức và hạn chế cần được xem xét:

Chi phí nguyên liệu cao: Các tiền chất alkoxide kim loại có độ tinh khiết cao thường rất đắt, điều này làm tăng chi phí sản xuất, đặc biệt là ở quy mô công nghiệp. Đây là động lực chính cho sự phát triển các phương pháp sử dụng tiền chất vô cơ rẻ hơn.
Hiện tượng co ngót lớn khi sấy: Trong quá trình sấy khô thông thường, việc loại bỏ dung môi ra khỏi các lỗ xốp nhỏ của gel tạo ra áp lực mao quản cực lớn. Áp lực này gây ra sự co ngót thể tích đáng kể (có thể lên tới 90%), thường dẫn đến nứt vỡ, làm cho việc chế tạo các vật liệu khối (monolith) lớn và không bị nứt trở nên rất khó khăn.
Thời gian xử lý kéo dài: Toàn bộ quá trình từ lúc chuẩn bị sol, đợi gel hóa, lão hóa và đặc biệt là giai đoạn sấy khô có kiểm soát để tránh nứt vỡ có thể mất từ vài ngày đến vài tuần. Điều này làm cho Sol-Gel trở thành một phương pháp tốn nhiều thời gian, không phù hợp cho sản xuất hàng loạt tốc độ cao.
Độc tính và an toàn hóa chất: Nhiều tiền chất alkoxide và dung môi hữu cơ (ví dụ như metanol, etanol được giải phóng trong quá trình thủy phân) là những chất độc và dễ cháy, đòi hỏi các biện pháp phòng ngừa an toàn nghiêm ngặt khi xử lý và lưu trữ.

Tóm tắt về Quá trình Sol-Gel

Quá trình Sol-Gel là một kỹ thuật linh hoạt cho phép tổng hợp nhiều loại vật liệu, từ gốm sứ và thủy tinh đến lớp phủ và vật liệu xốp. Điểm cốt lõi của quá trình này nằm ở việc chuyển đổi dung dịch tiền chất lỏng (sol) thành gel bán rắn thông qua các phản ứng thủy phân và ngưng tụ. Trong bước thủy phân, tiền chất alkoxit kim loại M(OR)$_n$ phản ứng với nước để tạo thành các nhóm hydroxyl M(OH)$_n$. Sau đó, các nhóm hydroxyl này ngưng tụ để tạo thành liên kết oxit M-O-M, dần dần xây dựng nên một mạng lưới ba chiều.

Kiểm soát các thông số phản ứng, chẳng hạn như loại tiền chất, tỷ lệ nước/tiền chất, xúc tác, dung môi, nhiệt độ và thời gian, là chìa khóa để điều chỉnh các tính chất của vật liệu cuối cùng. Ví dụ, xúc tác axit thường tạo ra các hạt nhỏ hơn và gel xốp hơn, trong khi xúc tác bazơ có thể dẫn đến các hạt lớn hơn và gel đặc hơn. Sự lựa chọn tiền chất cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu.

Xử lý tiếp theo gel, chẳng hạn như sấy, sấy siêu tới hạn hoặc nung, cho phép biến đổi gel thành dạng mong muốn, chẳng hạn như xerogel, aerogel hoặc vật liệu gốm. Mặc dù quá trình Sol-Gel mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng tổng hợp vật liệu ở nhiệt độ thấp và kiểm soát tốt thành phần vật liệu, nhưng nó cũng có một số hạn chế cần được xem xét. Chi phí tiền chất, sự co ngót trong quá trình sấy và thời gian xử lý dài là những thách thức tiềm ẩn cần được giải quyết. Nhìn chung, quá trình Sol-Gel vẫn là một công cụ mạnh mẽ trong khoa học vật liệu, cho phép chế tạo các vật liệu tiên tiến với các tính chất được thiết kế riêng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Tài liệu tham khảo:

Brinker, C.J. and Scherer, G.W., 1990. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing. Academic press.
Wright, J.D. and Sommerdijk, N.A.J.M., 2001. Sol-gel materials: chemistry and applications. CRC press.
Hench, L.L. and West, J.K., 1990. The sol-gel process. Chemical reviews, 90(1), pp.33-72.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để kiểm soát kích thước lỗ xốp trong vật liệu thu được từ quá trình Sol-Gel?

Trả lời: Kích thước lỗ xốp trong vật liệu Sol-Gel có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh một số thông số phản ứng, bao gồm: loại tiền chất, tỷ lệ nước/tiền chất, loại và nồng độ xúc tác, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Ví dụ, việc sử dụng xúc tác bazơ thường dẫn đến kích thước lỗ xốp lớn hơn so với xúc tác axit. Phương pháp sấy cũng ảnh hưởng đáng kể đến kích thước lỗ xốp. Sấy siêu tới hạn thường tạo ra vật liệu có kích thước lỗ xốp nhỏ hơn và đồng đều hơn so với sấy thông thường.

Ngoài alkoxit kim loại, còn những loại tiền chất nào khác có thể được sử dụng trong quá trình Sol-Gel?

Trả lời: Ngoài alkoxit kim loại M(OR)$_n$, các loại tiền chất khác có thể được sử dụng trong quá trình Sol-Gel bao gồm muối kim loại vô cơ (như clorua, nitrat và axetat), axit kim loại (như axit silicic) và các hợp chất kim loại-hữu cơ khác. Ví dụ, quá trình Sol-Gel không alkoxit sử dụng muối kim loại làm tiền chất, trong khi quá trình pechini sử dụng axit citric và polyalcohol để tạo phức với các ion kim loại.

Sự khác biệt chính giữa xerogel và aerogel là gì?

Trả lời: Sự khác biệt chính giữa xerogel và aerogel nằm ở phương pháp sấy. Xerogel được tạo ra bằng cách sấy gel ở nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ cao, dẫn đến sự co ngót đáng kể của gel và tạo thành vật liệu xốp có mật độ tương đối cao. Aerogel, mặt khác, được tạo ra bằng cách sấy siêu tới hạn, cho phép loại bỏ dung môi mà không gây ra sự sụp đổ đáng kể của cấu trúc lỗ xốp, dẫn đến vật liệu có mật độ rất thấp và diện tích bề mặt cao.

Làm thế nào để tăng độ bền cơ học của vật liệu Sol-Gel?

Trả lời: Độ bền cơ học của vật liệu Sol-Gel có thể được tăng cường bằng nhiều cách, bao gồm: tăng nhiệt độ nung để tăng mật độ và giảm độ xốp, thêm các chất độn hoặc sợi gia cường vào sol, sử dụng tiền chất có khả năng tạo thành liên kết mạnh hơn trong mạng lưới gel, và kiểm soát các điều kiện phản ứng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô của vật liệu.

Ứng dụng của quá trình Sol-Gel trong lĩnh vực xúc tác là gì?

Trả lời: Quá trình Sol-Gel rất phù hợp để tổng hợp vật liệu xúc tác do khả năng kiểm soát tốt thành phần, cấu trúc lỗ xốp và diện tích bề mặt. Vật liệu xúc tác Sol-Gel có thể được thiết kế với diện tích bề mặt cao, phân bố kích thước lỗ xốp đồng đều và các vị trí hoạt động xúc tác được phân tán tốt. Những vật liệu này được sử dụng trong nhiều phản ứng xúc tác, bao gồm oxi hóa, khử, phản ứng axit-bazơ và quang xúc tác. Ví dụ, TiO$_2$ được điều chế bằng Sol-Gel được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tác quang.

Một số điều thú vị về Quá trình Sol-Gel

Aerogel, một sản phẩm của quá trình Sol-Gel, là vật liệu rắn nhẹ nhất thế giới. Một số aerogel có khối lượng riêng chỉ gấp ba lần không khí và có thể chịu được tải trọng gấp hàng nghìn lần trọng lượng của chúng. Tính chất cách nhiệt tuyệt vời của chúng đến từ cấu trúc xốp với hơn 90% là không khí.
Quá trình Sol-Gel được lấy cảm hứng từ tự nhiên. Sự hình thành vỏ của một số sinh vật biển, như tảo cát, liên quan đến quá trình tương tự như Sol-Gel, trong đó silica được lắng đọng từ dung dịch để tạo thành cấu trúc phức tạp.
Quá trình Sol-Gel có thể được sử dụng để tạo ra “thủy tinh lỏng”, một chất phủ bảo vệ cho các tác phẩm nghệ thuật và di tích lịch sử. Lớp phủ này trong suốt và thoáng khí, cho phép vật liệu “thở” trong khi vẫn bảo vệ nó khỏi các yếu tố môi trường.
Các nhà khoa học đang khám phá việc sử dụng quá trình Sol-Gel để tạo ra các hệ thống phân phối thuốc. Các hạt nano xốp được tạo ra bằng phương pháp Sol-Gel có thể được nạp thuốc và giải phóng thuốc một cách có kiểm soát trong cơ thể.
Quá trình Sol-Gel có thể được sử dụng để tạo ra các màng mỏng với độ dày được kiểm soát chính xác, xuống đến mức nanomet. Điều này khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng như lớp phủ quang học, cảm biến và màng tách.
Mặc dù quá trình Sol-Gel thường được sử dụng để sản xuất vật liệu oxit kim loại, nó cũng có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu khác, chẳng hạn như sulfide kim loại và vật liệu lai hữu cơ-vô cơ.
Nghiên cứu về quá trình Sol-Gel vẫn đang phát triển. Các nhà khoa học đang liên tục khám phá những cách thức mới để kiểm soát và tinh chỉnh quá trình này để tạo ra các vật liệu với các tính chất và chức năng mới.