Was ist ein Ionengel?
Ein Ionengel ist eine Art halbfeste Verbindung, die während einer Trocknungsphase durch Einbetten einer ionischen Flüssigkeit in ein Polymer eine elektrische Ladung beibehält. Es ist eine Form von Sol-Gel oder Xero-Gel, die teils flüssige, teils feste Matrices von Verbindungen mit einzigartigen materialwissenschaftlichen Eigenschaften sind. Diese Materialien werden als potenzielle Energiespeichermechanismen für Brennstoffzellen, für den Bau nanoskaliger elektronischer Komponenten wie Transistoren mit einer Breite von milliardstel Metern und mehr angesehen. Solche Materialien bieten im mikroskopischen Maßstab den einzigartigen Vorteil, dass sie eine poröse Oberfläche haben, die weitaus größer ist als ihre Gesamtmasse, was sie zu idealen Kandidaten macht, um flüchtige oder elektrisch geladene Elemente zu binden.
Die Herstellung eines Ionengels erfolgt durch eine Verfeinerung des Sol-Gel-Herstellungsprozesses. Ein Blockcopolymer, bei dem es sich um eine Kombination verschiedener Kunststoffmonomerverbindungen mit einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften handelt, wird einer Hydrolysekondensation mit einer ionenleitenden Flüssigkeit unterzogen. Kolloidpartikel im Gemisch verhindern, dass es sich vollständig verfestigt, und stattdessen nimmt es eine Gelform an. Dies macht es praktischer, auf die Ladung der ionischen oder anderen eingebetteten Verbindungen zuzugreifen, und das Material kann in Abwesenheit von Wasser als Elektrolyt dienen. Die elastischen Eigenschaften eines Feststoffs in Form der Blockcopolymerkunststoffe und die Eigenschaften einer elektrisch leitenden ionischen Flüssigkeit werden zu einer Verbindung verschmolzen.
Die materialwissenschaftlichen Anwendungen einer Ionengel-Polymermatrix sind vielfältig. Das Material kann umgeformt und wieder aufgeladen werden, ist jedoch unter verschiedenen physikalischen oder chemischen Belastungsbedingungen stabil. Ein Ionengel kann bei einer Temperatur von bis zu 250 ° Celsius (482 ° Fahrenheit) funktionieren und bleibt bei Temperaturen bis zu 350 ° Celsius (662 ° Fahrenheit) stabil, ohne sich zu verschlechtern. Solche Gele können auch aus einer Vielzahl von polymerähnlichen Vorläuferverbindungen hergestellt werden, obwohl üblicherweise zur Herstellung von Sol-Gelen wie Alkoxysilan und Halogensilan verwendete Silanverbindungen verwendet werden. Die ionische Flüssigkeit kann auch auf Wasser basieren, das als Aquagel, Alkohol als Alkogel oder andere Chemikalien wie Carbonsäure bezeichnet wird.
Aero-Gele sind ein weiterer Forschungszweig bei der Untersuchung von Ionengelverbindungen. Sie basieren ebenfalls auf dem Sol-Gel-Herstellungsverfahren und haben ein Endprodukt, das ein eingeschlossenes ionisches Gas wie Wasserstoff enthält, das für Brennstoffzellen verwendet wird. Gängige Formen von Aerogel, die Verbrauchern und der Industrie bekannt sind, umfassen Schaumstoffe wie Styropor und Urethanschaumpolster in Möbeln.
Zu den Anwendungen von Ionengelverbindungen ab 2011 in ihren verschiedenen Formen als flüssige, gasförmige und halbfeste Komponenten zählen lumineszierende Solarkonzentratoren; als dielektrische Materialien für Niederspannungs-Hochleistungstransistoren; und in einer Vielzahl fortschrittlicher Energiespeicheranwendungen. Aero-Gel-Typen von Ionengelen haben den Vorteil, dass sie zu etwa 95% gasförmig sind und dennoch eine feste Form annehmen. Damit sind sie die Bezeichnung für den leichtesten Feststoff der Welt. Sie werden als Energieadsorber, Sensoren und starke katalytische Verbindungen erforscht.