Theo lý thuyết về phương pháp sol – gel, hệ phân tán là hệ bao gồm một môi trường liên tục và các tiểu phân (các hạt) có kích thước nhỏ được phân tán đồng đều trong môi trường đó. Tập hợp các tiểu phân nhỏ bé đó được gọi là pha phân tán, môi trường chứa đựng pha phân tán gọi là môi trường phân tán. Khi môi trường phân tán là lỏng và pha phân tán là rắn, thì tuỳ kích thước hạt sẽ tạo ra hệ huyền phù hoặc hệ keo (sol).
Gel là một trạng thái lỏng hoá rắn, được tạo thành từ các hệ sol hoặc các dung dịch cao phân tử. Gel có cấu trúc mạng không gian chứa đựng trong nó phần còn lại của chất lỏng sau khi hình thành mạng. Quá trình tạo gel được mô tả như sau: Hệ sol, dung dịch cao phân tử ↔ gel, nghĩa là các hệ sol, dung dịch cao phân tử có thể chuyển thành gel hoặc ngược lại tuỳ thuộc điều kiện. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel là: kích thước, hình dạng của hạt keo và chất cao phân tử; nồng độ pha phân tán và chất cao phân tử; nồng độ chất điện ly, nhiệt độ, cường độ và thời gian khuấy…
Có thể chuyển sol thành gel bằng cách tách dung môi. Khi dung môi bị tách ra, các hạt keo hoặc chất cao phân tử lại gần nhau hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng nối chéo với nhau. Khi sự nối chéo này đủ lớn, độ nhớt của dung dịch tăng nhanh và toàn bộ khối dung dịch sẽ chuyển thành gel. Cũng có thể dùng cách khuấy mạnh dung dịch để tạo gel. Cường độ và thời gian khuấy đủ lớn sẽ làm tăng tần số va chạm giữa các hạt keo và tạo điều kiện cho chúng nối chéo với nhau. Trong thực tế, thường kết hợp cả hai cách trên để chuyển sol thành gel.
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp sol – gel được thể hiện qua hình sau:
Nguyên lý của phương pháp sol- gel
Có thể tổng hợp Hydroxyapatite theo phương pháp sol – gel bằng cách: hoà tan các hợp chất Ca(NO3)2, (NH4)2HPO4 với các chất tạo gel như (C2H5O)3P(O), CH3O(CH2)2(OH) (được chuẩn bị theo tỷ lệ nhất định) vào nước cất. Khuấy và gia nhiệt dung dịch này đến nhiệt độ 60 – 700C, sau khoảng 3 – 4 giờ, gel
có chứa hợp chất Hydroxyapatite sẽ được tạo thành. Sau đó, sấy gel ở nhiệt độ khoảng 1200C trong vòng 24 giờ và nung ở nhiệt độ 750 – 9000C khoảng 1 giờ. Hydroxyapatite bột nhận được có kích thước trung bình khoảng 20nm, độ tinh thể khoảng 97% [20].
Ưu điểm của phương pháp sol – gel là tạo được độ đồng nhất cao ở mức độ phân tử, từ đó có thể chế tạo vật liệu ở dạng khối, màng mỏng [21], sợi và dạng hạt có chất lượng tốt [15].