凝胶

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凝胶

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凝胶是一种半固体,可以具有从柔软弱到坚硬坚韧的特性。 凝胶被定义为基本上稀释的交联系统,在稳态时不表现出流动,尽管液相仍可能通过该系统扩散。 凝胶在现象学上被定义为由两种或多种组分组成的柔软、固体或类固体材料,其中一种是液体,并且大量存在。

按重量计,凝胶主要是液体,但由于液体内的三维交联网络,它们表现得像固体。 正是流体中的交联赋予了凝胶结构(硬度)并有助于粘合(粘性)。 这样,凝胶是液体分子在固体介质中的分散体。 凝胶这个词是由 19 世纪的苏格兰化学家 Thomas Graham 通过从明胶上剪下而创造的。

形成凝胶的过程称为凝胶化。

IUPAC 定义

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凝胶 非流体胶体网络或聚合物网络,通过流体在其整个体积中膨胀。注 1:凝胶具有有限的、通常相当小的屈服应力。

注 2:凝胶可包含:

  • 共价聚合物网络,例如,通过交联聚合物链或通过非线性聚合形成的网络;
  • 一种聚合物网络,通过聚合物链的物理聚集形成,由氢键、结晶、螺旋形成、络合等引起,导致局部有序区域充当网络连接点。 如果局部有序区域是热可逆的,则由此产生的膨胀网络可称为热可逆凝胶;
  • 通过玻璃状连接点形成的聚合物网络,例如,基于嵌段共聚物的网络。 如果连接点是热可逆的玻璃状域,则由此产生的膨胀网络也可称为热可逆凝胶;
  • 层状结构,包括中间相 Sing 等人。 定义层状晶体和中间相},例如肥皂凝胶、磷脂和粘土;
  • 颗粒无序结构,例如,通常由具有大几何各向异性的颗粒组成的絮状沉淀物,例如 V2O5 凝胶和球状或纤维状蛋白质凝胶。

注 3:根据 Gold Book 更正,其中定义是通过注 1(上文)中确定的属性而不是描述凝胶的结构特征。水凝胶凝胶,其中溶胀剂是水。注 1:网络组件 水凝胶的结构通常是聚合物网络。注2:网络组分为胶体网络的水凝胶可称为水凝胶。干凝胶由凝胶中除去所有溶胀剂而形成的开放网络。注:干凝胶的例子 包括硅胶和干燥的、致密的大分子结构,如明胶或橡胶。修改自金皮书。 建议此处提出的定义更加明确。

组成

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凝胶由一个固体三维网络组成,它跨越液体介质的体积,并通过表面张力效应将其捕获。 这种内部网络结构可能来自物理键(物理凝胶)或化学键(化学凝胶),以及在延伸流体中保持完整的微晶或其他连接。 实际上任何流体都可以用作增量剂,包括水(水凝胶)、油和空气(气凝胶)。 无论是重量还是体积,凝胶的成分大多是流体,因此表现出与其组成液体相似的密度。 食用果冻是水凝胶的常见例子,其密度大约与水相同。

聚离子聚合物

聚离子聚合物是具有离子官能团的聚合物。 离子电荷阻止形成紧密盘绕的聚合物链。 这使得它们在拉伸状态下对粘度的贡献更大,因为拉伸的聚合物占据了更多的空间。 这也是凝胶变硬的原因。 有关更多信息,请参见聚电解质。

类型

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胶体凝胶

胶体凝胶由流体介质中的颗粒渗滤网络组成,具有机械性能。 颗粒可以通过渗透压耗尽或通过聚合物连接显示出吸引人的相互作用。

水凝胶

胶体凝胶在其生命周期中具有三个阶段:凝胶化、老化和塌陷。 凝胶最初是通过将粒子组装成跨越空间的网络形成的,从而导致相位停滞。 在老化阶段,颗粒慢慢重新排列形成更粗的股线,增加了材料的弹性。 凝胶也可以被重力等外部场折叠和分离。 胶体凝胶在低振幅下表现出线性响应流变学。 这些材料已被探索作为药物释放基质的候选材料。

水凝胶

水凝胶是亲水性聚合物链网络,有时以水为分散介质的胶体凝胶形式存在。

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词条目录
  1. 凝胶
  2. IUPAC 定义
  3. 组成
  4. 聚离子聚合物
  5. 类型
  6. 胶体凝胶
  7. 水凝胶

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