هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی
هیدروژل‌ها

نام دیگر هیدروژل‌ها ژل‌های آبی نیز است. این ژل‌ها از زنجیره‌های پلیمری آبدوست تشکیل شده اند. در حدود ۹۹درصد ساختار آنها را آب تشکیل می دهد. خصوصیات هیدروژل‌ها مطابق با خصوصیات طبیعت است. این هیدروژل‌ها متشکل از زنجیرهای آبدوست پلیمری هستند که آب را به خود جذب و در ساختار خود محبوس می کنند. این ژل‌های هوشمند حساس به محرک‌های مختلف هستند و در صورت بروز کوچکترین تغییر در محیط خارجی این ژل‌ها از خود واکنش نشان می دهند. به خاطر وجود گروه‌های عاملی آبدوست هیدروژل‌ها از خود رفتار تورمی، تغییر غلظت در اثر ایجاد فشار اسمزی و نفوذ آب به داخل ساختار خود را نشان می دهند. دما، pH، میدان الکتریکی، قدرت یونی و نور از عوامل خارجی ای هستند که بر روی رفتار هیدروژل‌ها تأثیر می گذارند. هیدروژل‌ها در ابعاد ماکروسکوپی و میکروسکوپی دارای خواص مختلفی هستند. در ابعاد ماکروسکوپی هیدروژل‌ها جامد هستند و یک شکل مشخصی دارند و قابلیت جاری شدن نیز ندارند. اما در ابعاد میکروسکوپی هیدروژل‌ها مانند محلول رفتار می کنند. هیدروژل‌ها می توانند مولکول‌های محلول در آب را در ساختار خورد گیر بیندازند بنابراین می توان از هیدروژل ها به عنوان فیلترهای مولکولی در علم بیولوژیک استفاده کرد. بار هیدروژل‌ها می تواند آنیونی یا کاتیونی باشد. از نظر سنتزی هم می‌توانند براساس پلیمری که در سنتز آنها استفاده شده است به دو دسته هیدروژل‌های طبیعی و سنتزی تقسیم‌بندی می شوند. اکثر محققان به استفاده از پلیمرهای زیستی در ساخت هیدروژل‌ها به دلیل زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری آنها علاقه نشان داده اند. این نوع از هیدروژل‌ها از پلیمرهای زیستی مانند کیتوسان، سلولز، کاراژیان، آلژینات، کلاژن، کیتین و … تشکیل شده اند.
هیدروژل‌های نانوکامپوزیت جز دسته‌های مهم مواد زیستی به‌شمار می‌آیند. از کاربردهای این مواد می‌توان به کابرد آنها در  انتقال دارو، مهندسی بافت، آنزیم زیست حسگر، لنز تماسی، دستگاه‌های جداسازی، کشاورزی، زخم پوش هاو … اشاره کرد. اضافه کردن نانو ذرات به هیدروژل می‌تواند خواص مکانیکی را بهبود بخشد. طیف گسترده‌ای از نانو ذرات، مانند نانومواد کربنی، پلیمری، سرامیکی و فلزی را می‌توان با شبکه‌های هیدروژل برای به دست آوردن نانوکامپوزیت‌هایی با خواص برتر و قابلیت مناسب ترکیب کرد. هیدروژل نانوکامپوزیتی را می‌توان برای داشتن خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی و بیولوژیکی برتر طراحی کرد. از نظر ساختاری هیدروژل‌ها را می‌توان به آنیونی، کاتیونی و آمفولیتیک دسته‌بندی کرد. هیدروژل‌ها را بر اساس کاربردشان می‌توان در فرم‌های مختلف نظیر مکعبی، هالوتیوب (لوله‌های توخالی)، میله، ورقه و فیلم تهیه کرد. خواص هیدروژل‌ها مانند خواص مکانیکی، گرمایی، نوری، الکتریکی، واکنش پذیری و اصطکاکی را می‌توان با استفاده از تهیه هیدروژل‌های کامپوزیت و نانوکامپوزیت بهبود بخشید. هیدروژلی بر پایه پلی (N–ایزوپروپیل آکریل آمید) -مونتموریونیت بدون استفاده از اتصال دهنده عرضی شیمیایی تهیه شده که لایه‌های خاک رس (یعنی مونتموریونیت) می‌تواند نقش یک کراس لینکر ابر چند عاملی را ایفا کند. همچنین تأکید شده که ذرات خاک رس با حدود پنجاه گروه عاملی می‌توانند به عنوان پیوند دهنده عرضی عمل کنند. پلیمرهای هیدروژل نانوکامپوزیت به واسطه خواص مکانیک فوقالعاده‌شان (افزایش طول فوق‌العاده بالا، قدرت ژل بالا، انرژی شکستگی بالا، مقاومت بالا در برابر خمش یا تراکم)، هدایت گرمایی خوب، ظرفیت گرمایی بالا و ویژگی‌های تورم-واتورم سریع شناخته شده اند. پلیمرهای ابرجاذب نوعی از هیدروژل‌های کراس لینک شده هستند که می‌توانند مقدار قابل توجهی آب یا یک محلول آبی جذب کنند. از آنجایی که پلیمر می تواند مقدار زیادی آب جذب کند در حالت تورمش از لحاظ مکانیکی ضعیف بوده و بنابراین جایگاه خود را به هیدروژل‌های تمام سنتزی داد. چندین روش برای بهبود قدرت ژل وجود دارد؛ شامل افزایش چگالی اتصال عرضی (منجر به شکنندگی و جذب پایین ژل می شود)، اتصال عرضی سطحی (استفاده از اتصال دهنده عرضی دیگر برای آمایش بیشتر در سطح ذرات پلیمر) و واردسازی مواد معدنی یا پلیمرهای مناسب درون هیدروژل برای تهیه ساختارهای نانو کامپوزیت.
در یک دهه گذشته، پژوهشگران زیادی در زمینه ذرات هیدروژل‌های نانوکامپوزیت کار کرده اند. در ضمن بسیاری از آنها بر روی هیدروژل‌های کامپوزیت، و هیدروژل‌های نانوکامپوزیت تمرکز کرده اند. تهیه نسل اولیه پلیمر کامپوزیت آسان‌تر بوده و به وسیله بارگذاری هیدروژل با ۲۱تا ۳۱درصد وزنی از مواد معدنی تهیه می شد. بعدها تمایل به خواص برتر مکانیکی و حرارتی منجر به طراحی محصولات هیدروژل‌های نانوکامپوزیت شد. با توجه به قیمت بالاتر خاک رس اصلاح شده در مقایسه با آنهایی که اصلاح نشده، هیدروژلهای نانوکامپوزیت ابر جاذب حاوی خاک رس به‌طور کلی در غلظت بسیار پایین‌تر نسبت به هیدروژل‌های کامپوزیت هستند.