En un sentido estático, la diferencia fundamental entre un líquido y un sólido es que el sólido tiene resistencia elástica contra un esfuerzo cortante mientras que el líquido no. Por lo tanto, un líquido simple normalmente no soportará un fonón acústico transversal u onda de corte .. Born ha descrito los geles como líquidos en los que sobrevive una resistencia elástica contra el cizallamiento, lo que produce propiedades tanto viscosas como elásticas. Se ha demostrado teóricamente que en un cierto rango de baja frecuencia, los geles poliméricos deberían propagar ondas de corte con un amortiguamiento relativamente bajo. La distinción entre un sol (solución) y un gel, por lo tanto, parece entenderse de manera análoga a la distinción práctica entre los rangos de deformación elástica y plástica de un metal. La distinción radica en la capacidad de responder a una fuerza de corte aplicada a través de un flujo viscoso macroscópico. [1] [2] [3]
En un sentido dinámico, la respuesta de un gel a una fuerza alterna (oscilación o vibración) dependerá del período o frecuencia de la vibración. Como se indica aquí, incluso la mayoría de los líquidos simples exhibirán alguna respuesta elástica a velocidades de corte o frecuencias superiores a 5 x 10 6ciclos por segundo. Experimentos en escalas de tiempo tan cortas sondean los movimientos fundamentales de las partículas primarias (o cúmulos de partículas) que constituyen la estructura reticular o agregado. La creciente resistencia de ciertos líquidos a fluir a altas velocidades de agitación es una manifestación de este fenómeno. La capacidad de un cuerpo condensado para responder a una fuerza mecánica mediante un flujo viscoso depende en gran medida de la escala de tiempo en la que se aplica la carga y, por lo tanto, de la frecuencia y amplitud de la onda de tensión en los experimentos oscilatorios. [4] [5] [6]
La relajación estructural de un gel viscoelástico se ha identificado como el principal mecanismo responsable de la densificación y la evolución de poros asociados en los geles de sílice coloidal y polimérico. [7] Los experimentos en las propiedades viscoelásticas de tales redes esqueléticas en varias escalas de tiempo requieren una fuerza que varía con un período (o frecuencia) apropiado para el tiempo de relajación del fenómeno investigado, e inversamente proporcional a la distancia sobre la cual ocurre dicha relajación. Las altas frecuencias asociadas con las ondas ultrasónicas se han utilizado ampliamente en el manejo de soluciones de polímeros, líquidos y geles y en la determinación de sus propiedades viscoelásticas. Se han realizado mediciones estáticas del módulo de corte, [8]así como medidas dinámicas de la velocidad de propagación de las ondas transversales, [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] que arroja el módulo dinámico de rigidez _ Se han utilizado técnicas de dispersión de luz dinámica (DLS) para monitorear la dinámica de las fluctuaciones de densidad a través del comportamiento de la función de autocorrelación cerca del punto de gelificación.
Tanaka et al . enfatizan que las transiciones de volumen discretas y reversibles que ocurren en los geles de acrilimida parcialmente hidrolizados pueden interpretarse en términos de una transición de fase del sistema que consta de la red de polímero cargado , los (contra)iones de hidrógeno y la matriz líquida. La transición de fase es una manifestación de competencia entre las tres fuerzas que contribuyen a la presión osmótica en el gel:
El equilibrio de estas fuerzas varía con el cambio de temperatura o las propiedades del disolvente . La presión osmótica total que actúa sobre el sistema es la presión osmótica total del gel. Se muestra además que la transición de fase se puede inducir mediante la aplicación de un campo eléctrico a través del gel. El cambio de volumen en el punto de transición es discreto (como en una transición de Ehrenfest de primer orden ) o continuo (analogía de Ehrenfest de segundo orden), dependiendo del grado de ionización del gel y de la composición del solvente. [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26]