Un gel ionico è un tipo di composto semisolido che mantiene una carica elettrica attraverso l’inclusione di un liquido ionico in un polimero durante una fase di essiccazione. È una forma di sol gel o xero gel che sono matrici in parte liquide e in parte solide di composti con proprietà uniche nella scienza dei materiali. Questi materiali sono visti come potenziali meccanismi di accumulo di energia per le celle a combustibile, per la costruzione di componenti elettronici su nanoscala come i transistor larghi miliardesimi di metro e altro ancora. Tali materiali offrono il vantaggio unico su scala microscopica di avere un’area superficiale porosa che è molto più grande della loro massa totale, il che li rende candidati ideali con cui legare elementi volatili o caricati elettricamente.
La produzione di un gel ionico avviene attraverso un perfezionamento del processo di produzione del sol gel. Un copolimero a blocchi, che è una combinazione di diversi composti di monomeri plastici con caratteristiche fisiche e chimiche uniche, viene sottoposto a un processo di idrolisi-condensazione con un liquido conduttore ionico. Le particelle colloidali nella miscela ne impediscono la completa solidificazione, assumendo invece la forma di un gel. Ciò rende più pratico l’accesso alla carica degli ionici o di altri composti incorporati e il materiale può fungere da elettrolita in assenza di acqua. Le proprietà elastiche di un solido sotto forma di plastica copolimerica a blocchi e le proprietà di un liquido ionico elettricamente conduttore sono fuse in un composto.
Gli usi della scienza dei materiali di una matrice polimerica in gel di ioni sono diversi. Il materiale è in grado di essere rimodellato, ricaricato, ma è tuttavia stabile in varie condizioni di stress fisico o chimico. Un gel di ioni può funzionare a una temperatura fino a 482° Fahrenheit (250° Celsius) e rimanere stabile a temperature fino a 662° Fahrenheit (350° Celsius) senza degradarsi. Tali gel possono anche essere prodotti da una varietà di composti simili a polimeri precursori, sebbene vengano solitamente utilizzati composti silanici comunemente usati nella produzione di gel sol come alcossisilano e alogenosilano. Il liquido ionico può anche essere a base di acqua indicata come aquagel, alcol come alcogel o altre sostanze chimiche come l’acido carbossilico.
I gel aerodinamici sono un altro ramo di ricerca nello studio dei composti di gel ionici. Si basano anche sul processo di produzione del sol gel e hanno un prodotto finale che include un gas ionico incapsulato come l’idrogeno utilizzato per le celle a combustibile. Forme comuni di gel aerodinamico familiari ai consumatori e all’industria includono schiume come il polistirolo e l’imbottitura in schiuma di uretano nei mobili.
Tra le applicazioni dei composti di gel di ioni a partire dal 2011 nelle loro varie forme di componenti liquidi, gassosi e semisolidi ci sono i concentratori solari luminescenti; come materiali dielettrici per transistor a bassa tensione e ad alte prestazioni; e in una varietà di applicazioni avanzate di accumulo di energia. I tipi di gel di ioni aerogel hanno il vantaggio di essere circa il 95% di gas e tuttavia di assumere una forma solida, guadagnandosi l’etichetta di solido più leggero al mondo. Sono oggetto di ricerca come assorbitori di energia, sensori e forti composti catalitici.