La tecnologia sol-gel costituisce uno dei principali metodi per la fabbricazione di materiali, tipicamente ceramici, a partire da precursori in fase liquida. I precursori tipici sono costituiti da alcossidi e cloruri di metalli o metalloidi, che partecipano a reazioni di idrolisi e condensazione per formare una soluzione colloidale di particelle solide aventi dimensioni tra 1 nm e 1 µm in una fase liquida, ovvero un sol. Il sol evolve fino alla formazione di un reticolo inorganico continuo contenente una fase liquida interconnessa, che viene definito gel. A ciò segue tipicamente un trattamento termico per eliminare la fase liquida dal gel, stabilizzare il sistema ed incrementare le proprietà meccaniche.

Il sol può essere impiegato per ottenere prodotti con la forma desiderata: può essere versato in uno stampo per ottenere prodotti massivi (monoliti, membrane, aerogel); può essere utilizzato per la sintesi di polveri (nano- e microsfere che potranno essere utilizzate come prodotti finiti ovvero come prodotti di partenza per la produzione di sinterizzati); infine, può essere depositato su un substrato per la formazione di film sottili o spessi attraverso tecniche quali ad esempio dip coating, spin coating, spray coating.

Materiali ottenuti attraverso tecniche sol-gel sono utilizzabili in diversi settori industriali per applicazioni quali:

• rivestimenti autopulenti basati sull'effetto fotocatalitico del biossido di titanio, i quali in combinazione con radiazione UV sono in grado di causare il degrado di molecole organiche depositate sulla superficie rivestita;
• rivestimenti superidrofobici caratterizzati da bassissima bagnabilità nei confronti di liquidi polari come acqua, per applicazioni in rivestimenti autopulenti e antiaderenti;
• rivestimenti oleofobici caratterizzati da bassa bagnabilità sia da parte di liquidi polari, sia da parte di liquidi apolari come oli e lubrificanti;
• rivestimenti antiriflesso su vetro, lenti, teche per espositori;
• aerogel come isolanti termici in vetri a bassa trasmissione di calore e come intercapedini in forni;
• dispositivi optoelettronici basati sull'effetto di fotorifrazione, ad esempio come filtri interferenziali e reticoli di Bragg;
• coating fotocromici, elettrocromici, termocromici, per lenti, vetri, decorazioni luminose, sensori di temperatura;
• rivestimenti protettivi su metalli preziosi in settori come bigiotteria, gioielleria, posateria;
• sensori di gas e di composti volatili tossici;
• materiali a porosità controllata (microporosi, mesoporosi, macroporosi) per la filtrazione di acqua e liquidi e la rimozione di sostanze tossiche da liquidi;
• dispositivi getter per la cattura di sostanze gassose, ad esempio in apparati di deposizione in vuoto e tubi catodici;
• colonne cromatografiche come elementi a porosità controllata per la separazione di specie chimiche;
• rivestimenti anticorrosione, in particolare come layer di conversione alternativo alla cromatura, interposto tra il substrato metallico da proteggere e la vernice protettiva;
• materiali bioattivi, ad esempio per l'incapsulamento di biomolecole e come strutture portanti per la rigenerazione di tessuti.

I vantaggi del processo sol-gel sono costituiti dall'economicità del processo in termini di impianti industriali e costo dei materiali di partenza. La possibilità di impiegare precursori aventi elevata purezza composizionale, unitamente alla possibilità di introdurre impurezze in maniera controllata e disperse omogeneamente nella fase liquida, rende la tecnica sol-gel ideale per la deposizione di rivestimenti funzionali su materiali ad alto valore aggiunto, ad esempio coating su lenti per applicazioni in ottica e rivestimenti in ambito nanobiotecnologico. I principali svantaggi sono dati dall'impiego di solventi spesso di natura alcolica, che richiedono determinati standard di sicurezza in ambito industriale, e la difficoltà di ricoprire superfici elevate (ad esempio vetri per uso edilizio) con omogeneità di spessore.

Presso i laboratori NanoFab è presente un laboratorio chimico attrezzato per la sintesi mediante tecnologia sol-gel. Un dip-coater KSV permette la deposizione sol-gel di film sottili e spessi da fase liquida; la velocità di deposizione può essere variata tra 1 e 600 mm•min^-1, permettendo la deposizione anche di self-assembled monolayer (SAM) e film di Langmuir-Blodgett. Uno spin-coater G3P-12 (PI-KEM Limited) permette il rivestimento su campioni di dimensioni fino a 30 cm; la velocità di rotazione può essere variata fino a 10000 rpm con un errore di 1 rpm; il sistema è programmabile e consente di impostare diversi step e cicli di rivestimenti e di eseguire rampe di accelerazioni. Nel laboratorio sono inoltre presente uno spray-coater per la deposizione di film sol-gel su superfici estese e dalla geometria irregolare, forni per il trattamento termico ed una centrifuga per il trattamento di soluzioni colloidali. E' inoltre presente una camera a guanti per operare in atmosfera inerte.

Le competenze maturate nell'ambito sol-gel presso NanoFab comprendono una gamma di rivestimenti funzionali. Ad esempio, è stata sviluppata una tecnologia di deposizione di rivestimenti di titania nanostrutturata con proprietà fotocatalitiche: tali rivestimenti possono essere applicati su vetro e su metallo (ad es. acciaio, alluminio) per conferire proprietà di autopulizia al materiale rivestito. Rivestimenti superidrofobici ed oleofobici sono stati sviluppati per proprietà di autopulizia e in applicazioni in cui è richiesta bassa bagnabilità nei confronti di acqua, oppure oli e lubrificanti. Protezioni anticorrosione a base di vernici organiche sono stati sviluppati per applicazioni che richiedono un alto grado di protezione alla corrosione, ad esempio in applicazioni aeronautiche o nel settore automobilistico ed in scambiatori di calore. Un'ulteriore applicazione interessante di film sottili a base di silice sintetizzati via sol-gel è l'effetto barriera alla diffusione atomica.