从溶胶到凝胶，这期间发生了什么

材料牛注：从质感和口感（咦？）上来说，凝胶都算在固体的范畴内。然而凝胶是怎么形成的？为什么没有流动性？内部结构是如何的？也许本文会给你答案。

凝胶态的产品在我们生活中随处可见。但为什么凝胶有着固体的性质呢？是什么阻止了粒子的自由运动？来自埃尔朗根-纽伦堡大学（FAU）和杜塞尔多夫大学的一个研究团队发现，凝胶的这些性质是由于粒子排列成有向链，进而形成网状结构造成的。近日，该团队将这一发现发表在著名杂志Nature Communications上。

在该实验中，科学家选用一种混合胶体组成的凝胶作为研究对象，在这种凝胶中，颗粒只有1毫米的千分之一大小，甚至比大分子的尺寸还要小。在混合胶体形成凝胶之前，所有粒子均可自由移动；一段时间后，粒子之间开始相互排斥。但是，如果粒子之间距离很小—小于粒子的尺寸，那么这些粒子就会结合得更加紧密，这就导致了胶体链的形成。如果胶体链形成了更为复杂的网状结构，宏观看去就形成了凝胶。

该团队还发现一个关键点，要形成凝胶，胶体链必须有特定的形态—有向链状，不能有封闭的环状链出现。因为环状链无法向某个方向延伸，而有向链可以，从而增加了系统的稳定性，并赋予凝胶固体的性质。

这一研究结果对于我们理解凝胶材料的性质十分重要。凝胶经常作为稳定剂，广泛应用在牙膏，明胶，化妆品和食物中。理论物理研究所的Michael Schmiedeberg教授说：“我们证明了，当体系中的胶体链伸长时，凝胶就会趋于收缩。这一发现会使食品的制备工艺更加成熟。

论文地址：Directed percolation identified as equilibrium pre-transition towards non-equilibrium arrested gel states

原文参考地址：New insights into how gels form

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