Żel to układ koloidalny składający się z ciągłej fazy stałej, która otacza lub przeplata fazę ciekłą (często wodę). Zachowuje się jak ciało stałe i jest elastyczny, chociaż składa się głównie z cieczy. Żele powstają w wyniku sieciowania polimerów lub cząstek koloidalnych, które tworzą trójwymiarową sieć otaczającą ciecz.
Żele są płynami nienewtonowskimi, co oznacza, że ich właściwości płynięcia nie są zgodne z prawami klasycznej lepkości newtonowskiej. W przeciwieństwie do płynów newtonowskich, których lepkość pozostaje stała, płyny nienewtonowskie, takie jak żele, reagują inaczej na siły ścinające. Ich lepkość może zmieniać się pod wpływem naprężeń mechanicznych, takich jak ciśnienie lub rozciąganie. W rezultacie żele wykazują właściwości lepkie przy powolnym odkształcaniu, ale mają tendencję do zachowywania się bardziej solidnie lub elastycznie przy szybkim lub silnym naprężeniu.
Wiązanie w części ciekłej nadaje mu makroskopowy charakter „ciała stałego”. Żele występują w różnych rodzajach i formach i są często stosowane w farmaceutykach lub jako kleje.
Specjalną odmianą żeli są tak zwane kserożele, z których zwykle usuwa się środki pęczniejące. Przykładami kserożeli są suszony żel krzemionkowy lub żelatyna.
Żele można łatwo analizować za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (różnicowa kalorymetria skaningowa – DSC), co jest często stosowane w kontroli jakości.
Krzywa przedstawia przebieg DSC nanocząstek tlenku glinu w matrycy żelowej, ogrzewanych z liniową szybkością ogrzewania 10 K/min w atmosferze azotu.
Sygnał pokazuje dwa znaczące efekty podczas pracy, którym warto się bliżej przyjrzeć:
W zakresie do 120 °C, występuje utrata wody, która jest spowodowana przez
zmianą masy
próbki spowodowaną zmianą
Zmiana Cp
spowodowana zmianą masy próbki prowadzi do przesunięcia linii bazowej.
W wyniku tego efektu pozostaje sucha matryca żelowa zawierająca nanocząstki – tak zwany kserożel. W temperaturze około 200 °C następuje przejście fazowe nanocząstek z uporządkowanej do amorficznej struktury tlenku glinu, co można zaobserwować jako mały ostry pik.
Te dwa efekty są powtarzalne i dobrze charakteryzują żel nanocząsteczkowy.
