Polymerní hydrogely
Polymerní gel vzniká samovolným bobtnáním polymerní sítě ve vhodném rozpouštědle. V případě, že rozpouštědlem je voda, vzniká polymerní hydrogel. Během tvorby gelu se jeho objem zvětšuje, což je doprovázeno natahováním elasticky aktivních řetězců polymerní sítě. Aby bobtnací proces proběhl samovolně, energie vynaložena na deformaci řetězců polymerní sítě musí být nějakým způsobem kompenzována. Toho je dosaženo za podmínky, že míšení polymerních řetězců s molekulami rozpouštědla je energeticky výhodné. Výsledkem pak je, že volná energie bobtnajícího systému klesá až dosáhne svého minima, které odpovídá rovnovážnému stupni nabobtnání. Zavedení malého počtu elektrických nábojů do síťové struktury může vést ke vzniku druhého minima odpovídajícího jinému stupni nabobtnání. Toto minimum je velice citlivé na vnější stimuly (změnu teploty, tlaku, pH, složení rozpouštědla apod.) a za jistých podmínek se může stát globálním. V tomto případě je pozorována skoková změna objemu gelu (kolaps gelu). Tento jev je velice přitažlivý pro moderní technologie a našel jich mnoho zajímavých aplikací, jako např. mikroregulace toku kapalin, regulace optické mohutnosti mikročoček, senzory, aktuátory a další.
K zajímavé situaci dochází rovněž v případě, že se polymerní síť určena k přípravě hydrogelu skládá ze složek lišící se značně svou afinitou k vodě (hydrofilicitou). Zachování topologie sítě během jejího bobtnání ve vodě může vést k fázové separaci složek v měřítku nanometrů – tj. tvorbě nanofázově separovaných hydrogelů. Výzkum hydrogelů pomocí maloúhlového rozptylu neutronů (SANS), který jsme provedli v Neutronovém centru v Budapešti odhalil tvorbu takovéto struktury v epoxidových hydrogelech obsahujících řetězce polyoxyethylenu (hydrofilní polymer) a polyoxypropylenu (hydrofóbní polymer). Objem hydrogelu je rozdělen do na vodu bohatých a na vodu chudých oblastí nanometrové velikosti. Struktura hydrogelu je citlivá na pH nebo přítomnost jiných látek ve vodě, jako například dalšího rozpouštědla, povrchově aktivní látky nebo silného elektrolytu. Nanofázově separovaná struktura hydrogelu poskytuje rovněž jednoduchý způsob přípravy nanokompozitů pomocí in situ reakcí.
