中文大學校刊 一九九四年秋‧冬

智慧凝膠 聚電解質凝膠的結構、動態及動力學硏究 很多人都懂得調製大菜糕、涼粉、果子凍（啫 喱）等甜食：把備用的材料放進適量熱水中溶解， 再經過一定時間及降溫，便製成膠狀甜食。這種現 象十分容易理解：材料加熱後溶於水，冷卻或冰凍 後則凝固，形態介乎液體和固體之間。可是科學家 的解釋就較爲深奧了。他們說這些膠狀甜食，甚至 我們日常所見的海參，以至隱形眼鏡等，都含有聚 電解質凝膠；在特定條件下，某些聚電解質凝膠會 產生「相變」現象，引起形態和體積變化。 什麼是聚電解質凝膠 普通的分子多是小分子，例如氧分子由兩個氧 原子組成（O 2 )，水分子由兩個氫原子和一個氧原 子組成（ H 2 O ) 。但有一些大分子，往往由幾萬至 幾百萬個原 子，經化 學反應聚合而成。典型的大分子結構是碳原子長 鏈，只需加上氫原子，便可不斷增長加大，變成塑 膠分子，或尼龍分子。 而所謂聚電解質凝膠，便是一種特殊的大分 子，在水中其長長的分子鏈上會形成許 多離子基團（圖一）。多個聚電解 質分子互相連接，可構成一個立體網 絡。網絡被水或其他溶劑溶解並膨 脹，即形成聚電解質凝膠；果子凍和 海參，都屬這類凝膠。 「智慧凝膠」的特性 聚電解質凝膠一向不是工業 界喜用的材料，因爲它不是固體，又 容易因水份流失而乾涸。但近來硏究人員發 現，有些聚電解質，由於各種因素的影響—— 極微小的溫度變化，溶劑的成分、含鹽濃度、 酸鹼度、離子強度及電場的變化——會產生一種特 殊的體積相變，即體積既可膨脹，亦會縮小，而且 相變非爲連續性，而是突變的。舉例說，某種凝膠 在攝氏三十度時完全沒有變化，但只要把溫度稍稍 圖一 離子基團 學術研究 12