Ein Gel ist ein kolloidales System, das aus einer durchgehenden (kontinuierlichen) festen Phase besteht, die eine flüssige Phase (oft Wasser) einschließt oder durchsetzt. Es verhält sich wie ein Feststoff und elastisch, obwohl es größtenteils aus Flüssigkeit besteht. Gels entstehen durch die Vernetzung von Polymeren oder kolloidalen Partikeln, die ein dreidimensionales Netzwerk bilden, das die Flüssigkeit einschließt.
Gele gehören zu den nicht-Newton’schen Flüssigkeiten, was bedeutet, dass ihre Fließeigenschaften nicht den Gesetzen der klassischen Newtonschen Viskosität folgen. Im Gegensatz zu Newtonschen Flüssigkeiten, deren Viskosität konstant bleibt, reagieren nicht-Newton’sche Flüssigkeiten wie Gele unterschiedlich auf Scherkräfte. Ihre Viskosität kann sich unter mechanischem Stress, wie etwa Druck oder Dehnung, verändern. Dies führt dazu, dass Gele unter langsamer Verformung viskose Eigenschaften zeigen, sich aber bei schnellem oder starkem Stress eher fest oder elastisch verhalten.
Die Verknüpfung im flüssigen Teil verleiht ihm den makroskopisch „festen“ Charakter. Gele gibt es in verschiedenen Arten und Formen, die häufig in Pharmazeutika oder als Klebstoff verwendet werden.
Eine spezielle Variante von Gelen sind sogenannte Xerogele, denen in der Regel die Quellmittel entzogen werden. Beispiele für Xerogele sind getrocknetes Kieselgel oder Gelatine.
Gele lassen sich leicht durch Differenzkalorimetrie (Englisch: Differential Scanning Calorimetry – DSC) charakterisieren, wie dies häufig in der Qualitätskontrolle geschieht.
Die Kurve zeigt einen DSC-Lauf von Aluminiumoxid-Nanopartikeln in Gelmatrix, erhitzt mit einer linearen Heizrate von 10 K/min in einer Stickstoffatmosphäre.
Das Signal zeigt zwei signifikante Effekte während des Laufs, die es wert sind, näher betrachtet zu werden:
Im Bereich bis 120 °C kommt es zu einem Wasserverlust, der aufgrund der durch die Massenänderung der Probe verursachte Cp-Änderung zu einer Verschiebung der Basislinie führt.
Infolge dieses Effekts verbleibt eine trockene, Nanopartikel enthaltende Gelmatrix – das sogenannte Xerogel. Bei etwa 200 °C gibt es einen Phasenübergang der Nanopartikel von geordneter zu amorpher Aluminiumoxidstruktur, der als kleiner scharfer Peak zu erkennen ist.
Diese beiden Effekte sind reproduzierbar und charakterisieren das Nanopartikel-Gel gut.
