Co to jest żel jonowy?
Żel jonowy jest rodzajem półstałego związku, który zatrzymuje ładunek elektryczny poprzez zatopienie cieczy jonowej w polimerze podczas fazy suszenia. Jest to forma zolu-żelu lub żelu xero, które są częściowo ciekłymi, częściowo stałymi matrycami związków o unikalnych właściwościach w inżynierii materiałowej. Materiały te są postrzegane jako potencjalne mechanizmy magazynowania energii dla ogniw paliwowych, służące do budowy elementów elektronicznych w skali nano, takich jak tranzystory o szerokości miliardowych części metra i więcej. Takie materiały oferują wyjątkową zaletę w skali mikroskopowej, ponieważ mają porowatą powierzchnię, która jest znacznie większa niż ich całkowita masa, co czyni je idealnymi kandydatami do wiązania lotnych lub naładowanych elektrycznie elementów.
Wytwarzanie żelu jonowego odbywa się poprzez udoskonalenie procesu wytwarzania żelu zolowego. Kopolimer blokowy, który jest kombinacją różnych plastikowych związków monomerowych o unikalnych właściwościach fizycznych i chemicznych, poddawany jest procesowi hydrolizy-kondensacji z cieczą przewodzącą jony. Cząstki koloidalne w mieszaninie zapobiegają jej całkowitemu zestaleniu, a zamiast tego przybierają postać żelu. To sprawia, że dostęp do ładunku jonów lub innych wbudowanych związków jest bardziej praktyczny, a materiał może służyć jako elektrolit w nieobecności wody. Elastyczne właściwości ciała stałego w postaci tworzyw kopolimeru blokowego oraz właściwości elektrycznie przewodzącej cieczy jonowej są połączone w jeden związek.
Zastosowania matrycy polimerowej w żelu jonowym w dziedzinie materiałów są zróżnicowane. Materiał może być przekształcany, ładowany, ale jednak jest stabilny w różnych warunkach stresu fizycznego lub chemicznego. Żel jonowy może działać w temperaturze do 482 ° Fahrenheita (250 ° Celsjusza) i pozostać stabilny w temperaturach nawet do 662 ° Fahrenheita (350 ° Celsjusza) bez degradacji. Takie żele można również wytwarzać z różnorodnych prekursorowych związków podobnych do polimeru, chociaż zwykle stosuje się związki silanu powszechnie stosowane do wytwarzania żeli zolowych, takich jak alkoksysilan i halogenosilan. Ciecz jonowa może być również oparta na wodzie zwanej żelem wodnym, alkoholu jako żelu alco lub innych chemikaliach, takich jak kwas karboksylowy.
Żele aerozolowe są kolejną gałęzią badań nad związkami żelu jonowego. Są one również oparte na procesie wytwarzania zolu żelowego i mają produkt końcowy, który zawiera zamknięty jonowy gaz, taki jak wodór, stosowany w ogniwach paliwowych. Typowe formy aerozolu znane konsumentom i przemysłowi obejmują pianki, takie jak styropian i pianka uretanowa w meblach.
Wśród zastosowań związków jonów żelowych od 2011 r. W ich różnych postaciach ciekłych, gazowych i półstałych są luminescencyjne koncentratory słoneczne; jako materiały dielektryczne do tranzystorów o niskim napięciu i wysokiej wydajności; oraz w wielu zaawansowanych aplikacjach do magazynowania energii. Żele jonowe typu Aero mają tę zaletę, że stanowią w przybliżeniu 95% gazu, a mimo to przybierają postać stałą, dzięki czemu są oznakowane jako najlżejsze na świecie ciało stałe. Są badane jako adsorbery energii, czujniki i silne związki katalityczne.