Коллоидные гели состоят из двух фаз, которые переплетаются друг с другом: сетки твердых частиц и жидкого растворителя. В результате получаются мягкие и твердые материалы с уникальными свойствами, в том числе эластичностью и механической стабильностью, что делает их привлекательным выбором для множества областей применения. Хотя эти свойства были извлечены из коммерческой выгоды, они не полностью объясняются теоретическим пониманием, которое было получено на сегодняшний день.
«Изучение уже сформированных коллоидных гелей означает, что фактический процесс гелеобразования остается чем-то вроде черного ящика», – объясняет один из ведущих авторов исследования Хидейо Цурусава.
Другой ведущий автор Матье Леокмаш продолжает: «Создав метод, который позволяет нам проследить кинетику всего процесса гелеобразования, мы получили новое понимание происхождения характерных свойств коллоидных гелей. Понимание отдельных стадий гелеобразования позволило нам продемонстрировать прямую связь между механической стабильностью гелей и изостатическими структурами."
Изостатические структуры – это частицы или кластеры, которые испытывают уравновешенные силы. Исследователи обнаружили, что точка в процессе гелеобразования, когда появляется твердость, соответствует точке изотропного протекания изостатических структур через гель.
Их сравнение различий в перколяционном поведении между гелями с низкой и высокой концентрацией показало, что перколяция изостатических структур в пространстве напрямую связана с механической стабильностью.
«Природа и разрешение нашей техники в реальном времени привели к глубине понимания, которое ранее было недостижимо», – объясняет автор исследования Хадзиме Танака. «Мы надеемся, что эта расширенная информация будет полезна исследователям, работающим над решением сложных механических и реологических проблем в широком спектре применений коллоидных гелей."