纳米凝胶以制造友好的方式将油和水结合在一起

油和水可能不会混合，但是在配方中添加正确的纳米颗粒可以将这两种不混溶的液体转化为奇特的凝胶，其用途包括电池，滤水器和可更换色调的智能窗户。创建这种异常类的柔软材料的新方法可以将它们带出实验室并进入市场。

美国国家标准技术研究院(NIST)和特拉华大学的科学家们发现，制造这些凝胶似乎是更好的方法，十多年来，凝胶一直是研究的重点领域。它们潜在的广泛用途的一部分是在其中形成的复杂的相互连接的微观通道，形成海绵状结构。这些通道不仅为其他材料提供通过的通道，使它们可用于过滤，还为凝胶提供了大量的内部表面积，这对于加速化学反应或作为可在其上生长活组织的支架具有重要意义。

尽管这些优点和其他优点听起来像凝胶创新者已经击中石油，但他们的创造尚未与市场完美融合。凝胶通常由混合在一起的两种液体溶剂形成。与油和水一样，这些溶剂不能很好地混合，但是为了防止它们完全分离，研究人员添加了可保留在它们之间界面的定制设计的纳米颗粒。仔细烹饪这些成分，可以形成粘性凝胶。但是，该工艺要求很高，因为很难为每种应用定制设计纳米颗粒，并且形成凝胶需要仔细控制快速的温度变化。这些限制使得很难以适合实验室实验的少量而不是工业规模的数量来生产这种类型的凝胶。

正如在《自然通讯》的一篇新论文中所描述的那样，NIST /特拉华团队已经找到了避免这些问题的方法。它的新颖方法形成了研究人员所称的“ SeedGel”，即“溶剂分离驱动凝胶”的缩写。与其设计纳米颗粒以保留在两种溶剂之间的界面上，不如将它们选择的颗粒集中在其中一种中。尽管这些粒子趋于相互排斥，但粒子对一种溶剂的亲和力更强，并将它们在通道中保持在一起。该团队使用NIST中子研究中心(NCNR)的中子散射工具，明确证明它已成功地将纳米颗粒浓缩到所需的位置。

生成的凝胶可能更容易制造，因为它的两种溶剂本质上是油和水，而其纳米粒子是二氧化硅-本质上是普通石英的微小球体。它还可能具有多种工业用途。

“我们的SeedGel具有强大的机械强度，易于制造，并且工艺可以根据制造商的需要进行扩展，”同时担任NCNR科学家和特拉华大学副教授的刘云说。“而且它是热可逆的。”

这种可逆性是指完成的SeedGel具有的光学特性：只需更改其温度，它就可以从透明切换为不透明，然后再返回。可在将两层玻璃之间夹有一层薄薄凝胶的智能窗户中利用此属性。

来自特拉华大学的研究员Yuyin Xi表示：“这种光学特性也可以使SeedGel在其他光敏应用中也有用。” “它们可能对传感器有用。”

由于该团队的凝胶创建方法可以与其他溶剂和纳米颗粒组合一起使用，因此根据所用纳米颗粒的类型，它可能在用于水净化的过滤器以及可能的其他过滤过程中变得有用。

Liu还说，创建方法允许通过更改形成过程中温度变化的速率来调整凝胶中通道的大小，从而为应用程序设计师提供了另一种自由度。

他说：“我们的方法适用于许多不同的纳米颗粒和溶剂。” “它大大扩展了这类凝胶的应用范围。”