Hybrid material
વર્ણસંકર સામગ્રી એ સંયોજનો છે જે નેનોમીટર અથવા પરમાણુ સ્તરે બે ઘટકો ધરાવે છે. સામાન્ય રીતે આ સંયોજનોમાંથી એક અકાર્બનિક હોય છે અને બીજું કુદરતી રીતે કાર્બનિક હોય છે. આમ, તેઓ પરંપરાગત સંયોજનોથી અલગ છે જ્યાં ઘટકો મેક્રોસ્કોપિક (માઇક્રોમીટરથી મિલીમીટર) સ્તરે હોય છે. માઇક્રોસ્કોપિક સ્કેલ પર મિશ્રણ વધુ એકરૂપ સામગ્રી તરફ દોરી જાય છે જે કાં તો બે મૂળ તબક્કાઓ અથવા તો નવા ગુણધર્મો વચ્ચે લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. પ્રકૃતિમાં વર્ણસંકર સામગ્રી ઘણી કુદરતી સામગ્રીઓમાં નેનોસ્કેલ પર વિતરિત અકાર્બનિક અને કાર્બનિક બિલ્ડિંગ બ્લોક્સનો સમાવેશ થાય છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં અકાર્બનિક ભાગ કુદરતી પદાર્થોને યાંત્રિક શક્તિ અને એકંદર માળખું પ્રદાન કરે છે જ્યારે કાર્બનિક ભાગ અકાર્બનિક બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ અને/અથવા બાકીની પેશીઓ વચ્ચે બંધન પહોંચાડે છે. લાક્ષણિક ઉદાહરણોમાં અસ્થિ અને નેકરનો સમાવેશ થાય છે. વર્ણસંકર સામગ્રીનો વિકાસ પ્રથમ વર્ણસંકર સામગ્રી એ અકાર્બનિક અને કાર્બનિક ઘટકોમાંથી બનાવેલા રંગો હતા જેનો ઉપયોગ હજારો વર્ષો પહેલા થતો હતો. કાર્બનિક પોલિમર માટે ફિલર્સ તરીકે અકાર્બનિક સામગ્રીના ઉપયોગનું રબર એક ઉદાહરણ છે. 1930ના દાયકામાં વિકસિત સોલ-જેલ પ્રક્રિયા એ મુખ્ય પ્રેરક શક્તિઓમાંની એક હતી જે અકાર્બનિક-કાર્બનિક સંકર સામગ્રીનું વ્યાપક ક્ષેત્ર બની ગયું છે. વર્ગીકરણ અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પ્રજાતિઓને જોડતી સંભવિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના આધારે સંકર સામગ્રીનું વર્ગીકરણ કરી શકાય છે. ઓર્ગેનિક-અકાર્બનિક હાઇબ્રિડ મટિરિયલ્સ, નટ રુરાક, રેમન માર્ટિનેઝ-માનેઝ, એડ., વિલી 2010 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470552704 વર્ગ I હાઇબ્રિડ મટિરિયલ્સના સુપ્રામોલેક્યુલર રસાયણશાસ્ત્ર તે છે જે બે તબક્કાઓ વચ્ચે નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દર્શાવે છે, જેમ કે વેન ડેર વાલ્સ, હાઇડ્રોજન બંધન અથવા નબળા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ. વર્ગ II વર્ણસંકર સામગ્રી એ છે કે જે સહસંયોજક બંધ જેવા ઘટકો વચ્ચે મજબૂત રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દર્શાવે છે. માળખાકીય ગુણધર્મોનો ઉપયોગ વિવિધ વર્ણસંકર સામગ્રી વચ્ચે તફાવત કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. એક કાર્બનિક ભાગ જેમાં કાર્યાત્મક જૂથ હોય છે જે અકાર્બનિક નેટવર્ક સાથે જોડાણને મંજૂરી આપે છે, દા. ત. એક ટ્રાયલકૉક્સીસિલેન જૂથ, નેટવર્ક મોડિફાયર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે કારણ કે અંતિમ માળખામાં અકાર્બનિક નેટવર્ક માત્ર કાર્બનિક જૂથ દ્વારા સુધારવામાં આવે છે. ફેનાઇલટ્રિયાલ્કોક્સિસિલેન્સ એ આવા સંયોજનો માટેનું એક ઉદાહરણ છે; તેઓ રચાયેલી સામગ્રી પર વધુ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થવાના હેતુથી વધારાના કાર્યાત્મક જૂથો પૂરા પાડ્યા વિના ટ્રાયાલ્કોક્સિસિલેન જૂથની પ્રતિક્રિયા દ્વારા સોલ-જેલ પ્રક્રિયામાં સિલિકા નેટવર્કમાં ફેરફાર કરે છે. જો પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્યાત્મક જૂથનો સમાવેશ કરવામાં આવે તો સિસ્ટમને નેટવર્ક ફંક્શનલાઇઝર કહેવામાં આવે છે. જો આવા બે કે ત્રણ એન્કર જૂથો કાર્બનિક વિભાગમાં ફેરફાર કરે તો પરિસ્થિતિ અલગ છે; આ એવી સામગ્રી તરફ દોરી જાય છે જેમાં અકાર્બનિક જૂથ પછીથી વર્ણસંકર નેટવર્કનો અભિન્ન ભાગ બને છે. સિસ્ટમના પછીના પ્રકારને નેટવર્ક બિલ્ડર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે જો અકાર્બનિક અને કાર્બનિક બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ વચ્ચે કોઈ મજબૂત રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અસ્તિત્વમાં ન હોય તો બ્લેન્ડ્સ રચાય છે. આવી સામગ્રીનું એક ઉદાહરણ અકાર્બનિક ક્લસ્ટરો અથવા કણો સાથે કાર્બનિક પોલિમરનું સંયોજન છે જેમાં મજબૂત પોલિમરનો અભાવ છે (દા. ત. સહસંયોજક) ઘટકો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. આ કિસ્સામાં એક એવી સામગ્રી રચાય છે જેમાં ઉદાહરણ તરીકે એક કાર્બનિક પોલિમર હોય છે, જેમાં ઘટકોની કાર્યક્ષમતાના આધારે, ઉદાહરણ તરીકે નબળા ક્રોસ-લિંકિંગ ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ફસાયેલા અકાર્બનિક એકમો દ્વારા થાય છે અથવા અકાર્બનિક ઘટકો ક્રોસ-લિંક્ડ પોલિમર મેટ્રિક્સમાં ફસાયેલા હોય છે. જો અકાર્બનિક અને કાર્બનિક નેટવર્ક મજબૂત રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વિના એકબીજામાં આંતરપ્રવેશ કરે છે, તો કહેવાતા ઇન્ટરપેનેટ્રેટિંગ નેટવર્ક (આઇ. પી. એન.) રચાય છે, જે ઉદાહરણ તરીકે કાર્બનિક પોલિમરની હાજરીમાં સોલ-જેલ સામગ્રી રચાય છે અથવા તેનાથી ઊલટું છે. વર્ણવેલ બંને સામગ્રી વર્ગ I સંકરની છે. વર્ગ II સંકર ત્યારે રચાય છે જ્યારે અલગ અકાર્બનિક બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ, દા. ત. ક્લસ્ટરો, કાર્બનિક પોલિમર સાથે સહસંયોજક રીતે જોડાયેલા હોય છે અથવા અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પોલિમર એકબીજા સાથે સહસંયોજક રીતે જોડાયેલા હોય છે. નેનો કોમ્પોઝિટ્સ અને વર્ણસંકર પદાર્થો વચ્ચેનો તફાવત નેનો કોમ્પોઝિટ શબ્દનો ઉપયોગ ત્યારે થાય છે જ્યારે કાર્બનિક અને અકાર્બનિક માળખાકીય એકમોનું સંયોજન સંયુક્ત ગુણધર્મો ધરાવતી સામગ્રી આપે. એટલે કે અલગ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક ઘટકોના મૂળ ગુણધર્મો હજુ પણ મિશ્રણમાં હાજર છે અને આ સામગ્રીને મિશ્રિત કરીને અપરિવર્તિત છે. જો કે, જો ઘનિષ્ઠ મિશ્રણમાંથી નવો ગુણધર્મ ઉભરી આવે, તો સામગ્રી એક સંકર બની જાય છે. એક મોટું ઉદાહરણ ખચ્ચર છે, જે તેના માતાપિતા, ઘોડો અને ગધેડા કરતાં સખત મહેનત માટે વધુ યોગ્ય છે. વ્યક્તિગત ઘટકોનું કદ અને તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિ (સહસંયોજક, વિદ્યુતસ્થૈતિક, વગેરે) વર્ણસંકર સામગ્રીની વ્યાખ્યામાં ન આવો. પરંપરાગત સંયોજનો પર સંકર સામગ્રીના ફાયદા કાર્બનિક પોલિમર મેટ્રિક્સમાં ચોક્કસ ઓપ્ટિકલ, ઇલેક્ટ્રોનિક અથવા ચુંબકીય ગુણધર્મો ધરાવતા અકાર્બનિક ક્લસ્ટરો અથવા નેનોપાર્ટિકલ્સનો સમાવેશ કરી શકાય છે. શુદ્ધ ઘન અવસ્થા અકાર્બનિક પદાર્થો કે જેને ઘણીવાર તેમની પ્રક્રિયા માટે ઉચ્ચ તાપમાનની સારવારની જરૂર પડે છે તેનાથી વિપરીત, સંકર પદાર્થો વધુ પોલિમર જેવા સંચાલન દર્શાવે છે, કાં તો તેમની મોટી કાર્બનિક સામગ્રીને કારણે અથવા પોલિમરાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓની જેમ નાના પરમાણુ અગ્રદૂતમાંથી ક્રોસ-લિંક્ડ અકાર્બનિક નેટવર્કની રચનાને કારણે. સજાતીય વર્ણસંકર સામગ્રીમાં હળવા સ્કેટરિંગને ટાળી શકાય છે અને તેથી પરિણામી વર્ણસંકર સામગ્રી અને નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સની ઓપ્ટિકલ પારદર્શિતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સંશ્લેષણ વર્ણસંકર સામગ્રીની રચના માટે બે અલગ અલગ અભિગમોનો ઉપયોગ કરી શકાય છેઃ કાં તો સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત પૂર્વનિર્ધારિત બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ લાગુ કરવામાં આવે છે જે અંતિમ વર્ણસંકર સામગ્રી બનાવવા માટે એકબીજા સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે જેમાં પૂર્વગામીઓ હજુ પણ ઓછામાં ઓછા આંશિક રીતે તેમની મૂળ અખંડિતતા જાળવી રાખે છે અથવા એક અથવા બંને માળખાકીય એકમો પૂર્વગામીઓથી રચાય છે જે નવા (નેટવર્ક) માળખામાં રૂપાંતરિત થાય છે. તે મહત્વનું છે કે અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પદાર્થો વચ્ચેનો આંતરછેદ કે જેને સંકર પદાર્થોની તૈયારીમાં ગંભીર સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે અનુરૂપ બનાવવો પડે. તેમની તૈયારી માટે વિવિધ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ અને અભિગમોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને આને અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પદાર્થોના તફાવતોને દૂર કરવા માટે અનુકૂળ થવું પડે છે. બિલ્ડિંગ બ્લોક ઓછામાં ઓછા આંશિક રીતે સામગ્રીની રચના દરમિયાન તેમની પરમાણુ અખંડિતતા જાળવી રાખે છે, જેનો અર્થ છે કે સામગ્રીની રચના માટે આ સ્રોતોમાં હાજર માળખાકીય એકમો પણ અંતિમ સામગ્રીમાં મળી શકે છે. તે જ સમયે આ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સના લાક્ષણિક ગુણધર્મો સામાન્ય રીતે મેટ્રિક્સની રચનામાં ટકી રહે છે, જે જો સામગ્રીના અગ્રદૂતને નવીન સામગ્રીમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે તો એવું નથી. આવા સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત બિલ્ડિંગ બ્લોક્સના પ્રતિનિધિ ઉદાહરણો સંશોધિત અકાર્બનિક ક્લસ્ટરો અથવા સંલગ્ન પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્બનિક જૂથો સાથેના નેનોપાર્ટિકલ્સ છે. ક્લસ્ટર સંયોજનોમાં ઘણીવાર ઓછામાં ઓછું એક કાર્યાત્મક જૂથ હોય છે જે કાર્બનિક મેટ્રિક્સ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને મંજૂરી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે કોપોલિમરાઇઝેશન દ્વારા. ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે તેવા જૂથોની સંખ્યાને આધારે, આ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ કાર્બનિક મેટ્રિક્સ (એક કાર્યાત્મક જૂથ) માં ફેરફાર કરી શકે છે અથવા આંશિક અથવા સંપૂર્ણ ક્રોસ-લિંક્ડ સામગ્રી (એકથી વધુ જૂથ) બનાવી શકે છે. દાખલા તરીકે, બે પ્રતિક્રિયાશીલ જૂથો સાંકળ માળખાઓની રચના તરફ દોરી શકે છે. જો બિલ્ડિંગ બ્લોક્સમાં ઓછામાં ઓછા ત્રણ પ્રતિક્રિયાશીલ જૂથો હોય તો તેનો ઉપયોગ ક્રોસ-લિંક્ડ સામગ્રીની રચના માટે વધારાના અણુઓ વિના થઈ શકે છે. ઉલ્લેખિત મોલેક્યુલર બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ ઉપરાંત, કણો અથવા નેનોરોડ જેવા નેનોસાઇઝ્ડ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સનો ઉપયોગ નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સ બનાવવા માટે પણ થઈ શકે છે. અકાર્બનિક અથવા કાર્બનિક ઘટકોની મૂળ સ્થાને રચનાની સરખામણીમાં બિલ્ડિંગ બ્લોક અભિગમનો એક મોટો ફાયદો છેઃ કારણ કે ઓછામાં ઓછું એક માળખાકીય એકમ (બિલ્ડિંગ બ્લોક) સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત હોય છે અને સામાન્ય રીતે મેટ્રિક્સની રચના દરમિયાન નોંધપાત્ર માળખાકીય ફેરફારોમાંથી પસાર થતું નથી, તેથી વધુ સારી રચના-મિલકતની આગાહીઓ શક્ય છે. વધુમાં, બિલ્ડિંગ બ્લોક્સની રચના એવી રીતે કરી શકાય છે કે જે સામગ્રીની રચનામાં શ્રેષ્ઠ કામગીરી આપે, ઉદાહરણ તરીકે સપાટી જૂથો દ્વારા કાર્બનિક મોનોમર્સમાં અકાર્બનિક સંયોજનોની સારી દ્રાવ્યતા જે મોનોમર્સ જેવી જ ધ્રુવીયતા દર્શાવે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં ઘણા બિલ્ડિંગ બ્લોક્સનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે અને તેનો ઉપયોગ વર્ણસંકર સામગ્રીની તૈયારી માટે કરવામાં આવે છે. રસાયણશાસ્ત્રીઓ આ સંયોજનોને અત્યંત અત્યાધુનિક પદ્ધતિઓ સાથે મોલેક્યુલર સ્કેલ પર ડિઝાઇન કરી શકે છે અને પરિણામી પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કાર્યાત્મક વર્ણસંકર સામગ્રીની રચના માટે થાય છે. ભવિષ્યની ઘણી એપ્લિકેશનો, ખાસ કરીને નેનો ટેકનોલોજીમાં, બોટમ-અપ અભિગમ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જેમાં જટિલ માળખાઓ આ નાના બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ દ્વારા અધિક્રમિક રીતે રચાય છે. આ વિચાર વર્ણસંકર સામગ્રીમાં બિલ્ડિંગ બ્લોક અભિગમની પ્રેરક શક્તિઓમાંની એક છે. ઘટકોની મૂળ સ્થાને રચના વર્ણસંકર સામગ્રીની મૂળ સ્થાને રચના એ સામગ્રીની તૈયારી દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવાતા અગ્રદૂતના રાસાયણિક પરિવર્તન પર આધારિત છે. સામાન્ય રીતે જો કાર્બનિક પોલિમર રચાય છે, પણ જો અકાર્બનિક ઘટકનું ઉત્પાદન કરવા માટે સોલ-જેલ પ્રક્રિયા લાગુ કરવામાં આવે તો પણ આવું થાય છે. આ કિસ્સાઓમાં સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત સ્વતંત્ર અણુઓને બહુ-પરિમાણીય રચનાઓમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે ઘણીવાર મૂળ અગ્રદૂતથી સંપૂર્ણપણે અલગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. સામાન્ય રીતે સરળ, વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ અણુઓ લાગુ કરવામાં આવે છે અને અંતિમ સામગ્રીની આંતરિક રચના આ પૂર્વગામીઓની રચના દ્વારા પણ પ્રતિક્રિયાની પરિસ્થિતિઓ દ્વારા પણ નક્કી કરવામાં આવે છે. તેથી, પછીનું નિયંત્રણ એ આ પ્રક્રિયામાં એક નિર્ણાયક પગલું છે. એક પરિમાણ બદલવાથી ઘણીવાર બે ખૂબ જ અલગ સામગ્રી તરફ દોરી શકે છે. જો, ઉદાહરણ તરીકે, અકાર્બનિક પ્રજાતિઓ સોલ-જેલ પ્રક્રિયા દ્વારા રચાયેલી સિલિકા વ્યુત્પન્ન છે, તો બેઝમાંથી એસિડ ઉત્પ્રેરણમાં ફેરફાર મોટો તફાવત બનાવે છે કારણ કે બેઝ ઉત્પ્રેરણ વધુ કણ જેવા માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર તરફ દોરી જાય છે જ્યારે એસિડ ઉત્પ્રેરણ પોલિમર જેવા માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર તરફ દોરી જાય છે. તેથી, તારવેલી સામગ્રીનું અંતિમ પ્રદર્શન તેમની પ્રક્રિયા અને તેના ઓપ્ટિમાઇઝેશન પર ભારપૂર્વક નિર્ભર છે. અકાર્બનિક પદાર્થોની મૂળ સ્થાને રચનામાં ઘણી શાસ્ત્રીય અકાર્બનિક ઘન અવસ્થા સામગ્રીઓ ઘન અગ્રદૂત અને ઉચ્ચ તાપમાન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને રચાય છે, જે ઘણીવાર કાર્બનિક જૂથોની હાજરી સાથે સુસંગત હોતી નથી કારણ કે તેઓ ઊંચા તાપમાને વિઘટિત થાય છે. તેથી, આ ઉચ્ચ તાપમાન પ્રક્રિયાઓ સંકર પદાર્થોની મૂળ સ્થાને રચના માટે યોગ્ય નથી. ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉકેલોમાં શાસ્ત્રીય સહસંયોજક બંધની રચનાનું વધુ સ્વરૂપ હોવું જોઈએ. આ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરતી સૌથી અગ્રણી પ્રક્રિયાઓમાંની એક સોલ-જેલ પ્રક્રિયા છે. જો કે, આવી ઓછી તાપમાન પ્રક્રિયાઓ ઘણીવાર થર્મોડાયનેમિકલી સૌથી સ્થિર માળખા તરફ દોરી જતી નથી પરંતુ ગતિશીલ ઉત્પાદનો તરફ દોરી જાય છે, જે પ્રાપ્ત માળખાઓ માટે કેટલીક અસરો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓછા તાપમાનમાંથી મેળવેલા અકાર્બનિક પદાર્થો ઘણીવાર આકારહીન હોય છે અથવા સ્ફટિકીયતા માત્ર ખૂબ જ નાના લંબાઈના સ્કેલ પર જોવા મળે છે, એટલે કે. નેનોમીટર શ્રેણી. આનું એક ઉદાહરણ ધાતુના ક્ષાર અથવા ઓર્ગેનોમેટાલિક અગ્રદૂતના ઘટાડા દ્વારા કાર્બનિક અથવા અકાર્બનિક મેટ્રિક્સમાં ધાતુના નેનોપાર્ટિકલ્સની રચના છે. અકાર્બનિક પદાર્થોની મૂળ સ્થાને રચનાની કેટલીક પદ્ધતિઓ છેઃ સોલ-જેલ પ્રક્રિયા નોન-હાઇડ્રોલાઇટિક સોલ-જેલ પ્રક્રિયા નોન-સિલિકેટ્સની સોલ-જેલ પ્રતિક્રિયાઓ પૂર્વનિર્ધારિત અકાર્બનિક પદાર્થોની હાજરીમાં કાર્બનિક પોલિમરની રચના જો કાર્બનિક પોલિમરાઇઝેશન એક અકાર્બનિક પદાર્થની હાજરીમાં થાય છે જે વર્ણસંકર પદાર્થની રચના કરે છે તો બે પ્રજાતિઓની અસંગતતાને દૂર કરવા માટે ઘણી શક્યતાઓ વચ્ચે તફાવત કરવો પડે છે. અકાર્બનિક સામગ્રીમાં કાં તો કોઈ સપાટીનું કાર્યાત્મકકરણ હોઈ શકતું નથી પરંતુ ખુલ્લી સામગ્રીની સપાટી હોઈ શકે છે; તેને બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્બનિક જૂથો સાથે સુધારી શકાય છે (દા. ત. આલ્કાઈલ સાંકળો); અથવા તેમાં પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટી જૂથો હોઈ શકે છે જેમ કે પોલિમરાઇઝ કરી શકાય તેવી કાર્યક્ષમતા. આ પૂર્વજરૂરીયાતોને આધારે સામગ્રીની પૂર્વ સારવાર કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે શુદ્ધ અકાર્બનિક સપાટીને કાર્બનિક મોનોમર્સ સાથે સુસંગત બનાવવા માટે સર્ફેક્ટન્ટ્સ અથવા સિલેન કપલિંગ એજન્ટો સાથે સારવાર કરી શકાય છે, અથવા કાર્યાત્મક મોનોમર્સ ઉમેરી શકાય છે જે અકાર્બનિક સામગ્રીની સપાટી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. જો અકાર્બનિક ઘટકની સપાટી સાથે બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્બનિક જૂથો જોડાયેલા હોય અને તે મોનોમરમાં ઓગળી શકે છે જે પછીથી પોલિમરાઇઝ થાય છે, તો કાર્બનિક પોલિમરાઇઝેશન પછી પરિણામી સામગ્રી, એક મિશ્રણ છે. આ કિસ્સામાં અકાર્બનિક ઘટક કાર્બનિક પોલિમર સાથે માત્ર નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અથવા બિલકુલ નહીં; તેથી, વર્ગ I સામગ્રી રચાય છે. આ કિસ્સામાં સજાતીય પદાર્થો ત્યારે જ પ્રાપ્ત થાય છે જ્યારે કાર્બનિક વાતાવરણમાં અકાર્બનિક ઘટકોના એકત્રીકરણને અટકાવવામાં આવે. જો અકાર્બનિક ઘટકો અને મોનોમર્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વધુ સારી હોય અથવા ઓછામાં ઓછી અકાર્બનિક ઘટકો વચ્ચેની સમાન હોય તો આ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. જો કે, જો કોઈ મજબૂત રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ રચાતી નથી, તો પરિણામી વર્ણસંકર સામગ્રીમાં પ્રસરણ અસરોને કારણે એક વખતની સજાતીય સામગ્રીની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા શંકાસ્પદ છે. ઘટકો વચ્ચેની સંબંધિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જેટલી મજબૂત હોય છે, અંતિમ સામગ્રી તેટલી વધુ સ્થિર હોય છે. જો વર્ગ II સામગ્રી રચાય તો સૌથી મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રાપ્ત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે સહસંયોજક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સાથે. બંને ઘટકોની એક સાથે રચના દ્વારા વર્ણસંકર સામગ્રી અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પોલિમરની એક સાથે રચના સૌથી સજાતીય પ્રકારના આંતરપ્રવેશક નેટવર્કમાં પરિણમી શકે છે. સામાન્ય રીતે સોલ-જેલ પ્રક્રિયા માટેના અગ્રદૂતને કાર્બનિક પોલિમરાઇઝેશન માટે મોનોમર્સ સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે અને બંને પ્રક્રિયાઓ દ્રાવક સાથે અથવા વગર એક જ સમયે હાથ ધરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને, ત્રણ પ્રક્રિયાઓ એકબીજા સાથે સ્પર્ધા કરી રહી છેઃ (એ) અકાર્બનિક તબક્કાની રચના કરતા હાઇડ્રોલિસિસ અને ઘનીકરણની ગતિશાસ્ત્ર, (બી) કાર્બનિક તબક્કાના પોલિમરાઇઝેશનની ગતિશાસ્ત્ર, અને (સી) બે તબક્કાઓ વચ્ચેના તબક્કાના વિભાજનની થર્મોડાયનેમિક્સ. બે પોલિમરાઇઝેશનના ગતિશાસ્ત્રને એવી રીતે સિલાઇ કરીને કે તેઓ એક સાથે અને ઝડપથી પર્યાપ્ત થાય છે, તબક્કાનું વિભાજન ટાળવામાં આવે છે અથવા ઘટાડવામાં આવે છે. ઉપર વર્ણવ્યા મુજબ બે રાજ્યો વચ્ચેની આકર્ષક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જેવા વધારાના પરિમાણોનો ઉપયોગ તબક્કાના વિભાજનને ટાળવા માટે પણ થઈ શકે છે. એક સમસ્યા જે બંને નેટવર્કની એક સાથે રચનાથી પણ ઊભી થાય છે તે સોલ-જેલની સ્થિતિ માટે ઘણી કાર્બનિક પોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓની સંવેદનશીલતા અથવા રચાયેલી સામગ્રીની રચના છે. આયનિક પોલિમરાઇઝેશન, ઉદાહરણ તરીકે, ઘણીવાર સોલ-જેલ પ્રક્રિયામાં રચાયેલા અગ્રદૂત અથવા મધ્યસ્થીઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. તેથી, તેઓ સામાન્ય રીતે આ પ્રતિક્રિયાઓમાં લાગુ પડતા નથી. એપ્લિકેશન્સ વર્ણસંકર કોટિંગ્સમાં કાર્બનિક રંગોના એમ્બેડિંગ દ્વારા મેળવેલ સુશોભન કોટિંગ્સ. હાઇડ્રોફોબિક અથવા એન્ટી-ફૉગિંગ ગુણધર્મો સાથે સ્ક્રેચ-પ્રતિરોધક કોટિંગ્સ. પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ, ફોટોડાયોડ, સૌર કોષો, ગેસ સેન્સર અને ફિલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સહિત ઇલેક્ટ્રોનિક અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક કાર્યક્રમો માટે નેનોકોમ્પોઝિટ આધારિત ઉપકરણો. બાંધકામ ઉદ્યોગ માટે અગ્નિરોધક સામગ્રી. નેનોકોમ્પોઝિટ આધારિત દંત ભરણ સામગ્રી. સોલિડ-સ્ટેટ લિથિયમ બેટરી અથવા સુપરકેપેસિટર્સ જેવી એપ્લિકેશનો માટે સંયુક્ત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામગ્રી. બળતણ કોષોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રોટોન વાહક પટલ. એન્ટિસ્ટેટિક/એન્ટી-રિફ્લેક્શન કોટિંગ્સ કાટ રક્ષણ છિદ્રાળુ વર્ણસંકર સામગ્રી સંદર્ભો ગીડો કિકલબિક (સંપાદક), વર્ણસંકર સામગ્રીઃ સંશ્લેષણ, લાક્ષણિકતા અને ઉપયોગો, વિલી, અકાર્બનિક-ઓર્ગેનિક વર્ણસંકર સામગ્રી નેનો સામગ્રી સંયુક્ત સામગ્રી