Mis on ioongeel?

Ioongeel on pooltahke ühendi tüüp, mis säilitab elektrilaengu ioonse vedeliku sisestamise kaudu polümeeri kuivatusfaasis. See on soolgeeli või kserogeeli vorm, mis on osaliselt vedelad, osaliselt tahked ühendite maatriksid, millel on materjaliteaduses ainulaadsed omadused. Neid materjale nähakse potentsiaalsete energiasalvestusmehhanismidena kütuseelementide jaoks, nanomõõtmeliste elektrooniliste komponentide, näiteks meetri miljardite laiuste transistorite ja muu ehitamiseks. Sellised materjalid pakuvad mikroskoopilises mastaabis ainulaadset eelist, kuna neil on poorne pindala, mis on tunduvalt suurem nende kogumassist, mis teeb neist ideaalsed kandidaadid lenduvate või elektriliselt laetud elementide sidumiseks.

Ioongeeli tootmine toimub soolgeeli tootmisprotsessi täiustamise kaudu. Plokk-kopolümeer, mis on unikaalsete füüsikaliste ja keemiliste omadustega erinevate plastmonomeerühendite kombinatsioon, viiakse läbi hüdrolüüsi-kondensatsiooni protsessis ioonjuhtiva vedelikuga. Segus olevad kolloidosakesed takistavad selle täielikku tahkumist ja selle asemel muutub see geeliks. See muudab juurdepääsu ioonsete või muude sisseehitatud ühendite laengule praktilisemaks ja materjal võib vee puudumisel toimida elektrolüüdina. Plokk-kopolümeerplasti kujul oleva tahke aine elastsed omadused ja elektrit juhtiva ioonse vedeliku omadused liidetakse üheks ühendiks.

Ioongeelpolümeermaatriksi materjaliteaduslikud kasutusalad on mitmekesised. Materjali on võimalik ümber kujundada, uuesti laadida, kuid see on stabiilne erinevates füüsikalistes või keemilistes pingetingimustes. Ioongeel võib toimida temperatuuril kuni 482° Fahrenheiti (250° Celsiuse järgi) ja püsida stabiilsena kuni 662° Fahrenheiti (350° Celsiuse järgi) ilma lagunemiseta. Selliseid geele saab valmistada ka mitmesugustest polümeerilaadsetest prekursorühenditest, kuigi tavaliselt kasutatakse soolgeelide valmistamisel tavaliselt kasutatavaid silaaniühendeid, nagu alkoksüsilaan ja halogenosilaan. Ioonne vedelik võib põhineda ka veel, mida nimetatakse vesigeeliks, alkoholil kui alkogeeliks, või muudel kemikaalidel, nagu karboksüülhape.

Aerogeelid on veel üks ioongeelühendite uurimise haru. Need põhinevad ka soolgeeli tootmisprotsessil ja nende lõpptoode sisaldab suletud ioonset gaasi, näiteks kütuseelementides kasutatavat vesinikku. Tarbijatele ja tööstusele tuttavate aerogeelide levinumate vormide hulka kuuluvad vahtpolüstürool ja uretaanvahtpolster mööblis.

2011. aasta seisuga on ioongeelühendite rakenduste hulgas nende erinevate vedelate, gaasiliste ja pooltahkete komponentide vormid luminestseeruvate päikesekontsentraatoritena; dielektriliste materjalidena madalpinge ja suure jõudlusega transistoride jaoks; ja paljudes täiustatud energiasalvestusrakendustes. Aerogeeli tüüpi ioongeelide eeliseks on see, et need on ligikaudu 95% gaasilised, kuid omandavad siiski tahke kuju, mis annab neile maailma kergeima tahke aine märgise. Neid uuritakse energiaadsorberite, andurite ja tugevate katalüütiliste ühenditena.