miniatura|Un recipient amb gel de dutxa Un gel és un material sòlid gelatinós considerat un col·loide. Els gels es defineixen com un sistema substancialment dissolt, el qual no exhibeix fluïdesa quan es troba en el seu estat estàtic. Per pes, els gels són principalment líquids, encara que es comporten com a sòlid per la seua xarxa tridimensional reticulada. És aquesta retícula en el fluid el que li dona al gel la seua estructura (duresa) i contribueix a fer que siga enganxós (adherència). D'aquesta manera, els gels són una dispersió de molècules o partícules dins un líquid en el qual el sòlid és la fase contínua i el líquid és la fase discontinua. Molts gels mostren tixotropia -esdevenen fluids quan se sacsegen, però es resolidifiquen quan queden quiets.

Tipus Hidrogels (aquosos): Són una xarxa de cadenes de polímer hidròfil, en forma col·loidal, en la qual l'aigua és el mitjà de dispersió. Els hidrogels són molt absorbents (que pot contenir més de 99,9%  d'aigua), i poden ser polímers naturals o sintètics. Els hidrogels també tenen un grau de flexibilitat molt similar al teixit natural, a causa del seu contingut d'aigua significativa. Organogels (orgànics): Són similars als hidrogels, però amb un dissolvent orgànic com mig dispersant en lloc d'aigua. En el cas que els gels siguin extrets del si del fluid en el qual es van formar, és a dir, en el cas que s'assequin, poden donar lloc a dos tipus de gels secs: Xerogels (sòlids): Són gels sòlids que han perdut o ha estat extret el dissolvent en condicions ambientals. Aerogels (sòlids): Són gels sòlids als quals se'ls ha extret el dissolvent mitjançant condicions supercrítiques.

Hidrogels Hidrogel és una xarxa de cadenes de polímers que són hidròfiles, de vegades es troben com un gel col·loidal en el qual l'aigua és el medi de dispersió. Els hidrogels són molt absorbents químicament (poden contenir un 99,9% d'aigua). La primera aparició del terme 'hidrogel' en la literatura va ser en 1894. Els hidrogels també posseeixen un grau de flexibilitat molt similar al del teixit natural. Els usos comuns dels hidrogels inclouen: Usats com a bastida en l'enginyeria de teixits. En aquest cas poden contenir cèl·lules humanes per reparar el teixit. S'han usat capes d'hidrogel per al cultiu cel·lularTissue Cells Feel and Respond to the Stiffness of Their Substrate Gels intel·ligents. Aquests hidrogels tenen la capacitat de detectar canvis en el pH, de la temperatura, o de concentració de metabòlits i alliberar la seva càrrega com a resultat d'aquests canvis. Com a substància alliberadora de drogues de medicaments. Proporciona absorció en teixits necròtics. Els hidrogels que són responsables de molècules específiques, com la glucosa o els antígens, poden ser usats com biosensors, i també en DDS. Es fan servir en bolquers que absorbeixen orina o en tovallons sanitaris Lents de contacte Elèctrodes en electroencefalografia i electrocardiografia Explosius (Water Gel Explosives) Diagnòstic i administració de drogues rectals

Altres usos, menys comuns inclouen: Implants de pit En adhesius. Grànuls per mantenir la humitat del sòl en zones àrides Vestits per guarir de les cremades o altres ferides difícils de guarir. Reservoris en alliberament de drogues tòpiques transdèrmiques

Els ingredients comuns dels hidrogels són per exemple, alcohol polivinílic, poliacrilat de sodi, polímers d'acrilat i copolímers amb abundància de grups hidròfils.

Organogels Un organogel és un material sòlid termoreversible no vitri cristal·lí. Estan compostos d'una xarxa en tres dimensions líquida orgànica. El líquid pot ser, per exemple, un solvent orgànic, oli mineral o oli vegetal.Terech P. Low-molecular weight organogelators. In: Robb ID, editor. Specialist surfactants. Glasgow: Blackie Academic and Professional, p. 208–268 (1997).van Esch J, Schoonbeek F, De Loos M, Veen EM, Kellog RM, Feringa BL. Low molecular weight gelators for organic solvents. In: Ungaro R, Dalcanale E, editors. Supramolecular science: where it is and where it is going. Kluwer Academic Publishers, p. 233–259 (1999).

Els organogels tenen potencial per a ser usats en un gran nombre d'aplicacions com la dels productes farmacèutics,Kumar R, Katare OP. Lecithin organogels as a potential phospholipid-structured system for topical drug delivery: A review. American Association of Pharmaceutical Scientists PharmSciTech 6, E298–E310 (2005). cosmètics, i conservació de l'art,Carretti E, Dei L, Weiss RG. Soft matter and art conservation. Rheoreversible gels and beyond. Soft Matter 1, 17–22 (2005). i en aliments.Pernetti M, van Malssen KF, Flöter E, Bot A. Structuring of edible oil by alternatives to crystalline fat. Current Opinion in Colloid and Interface Science 12, 221–231 (2007).

Xerogels Un xerogel és un gel sòlid obtingut per assecament. Els xerogels normalment retenen molta porositat (15-50%) i enorme àrea de superfície (150–900 m²/g), junt amb una mida petita de porus (1-10 nm). Un tipus de xerogel és l′aerogel. El tractament tèrmic d'un xerogel a temperatura elevada produeix una sinterització viscosa (contracció del xerogel a causa d'una petita quantitat de flux viscós) que dona com a resultat un sòlid més dens i robust, la densitat i la porositat reeixides depenen de les condicions de sinterització.

Hidrogels nanocomposts Els hidrogels nanocomposts o hidrogels híbrids, són xarxes polimèriques altament hidratades, reticulades física o covalentemente entre si i/o amb nanopartícules o nanoestructures. Els hidrogels nanocomposts poden imitar les propietats, l'estructura i el microambient del teixit natiu a causa de la seva estructura porosa hidratada i interconnectada. Una àmplia gamma de nanopartícules, com els nanomaterials a base de carboni, polimèrics, ceràmics i metàl·lics, poden incorporar-se dins de l'estructura de l'hidrogel per a obtenir nanocomposts amb funcionalitat a mesura. Els hidrogels nanocomposts poden ser dissenyats per a posseir propietats físiques, químiques, elèctriques, tèrmiques i biològiques superiors.

Propietats Molts gels mostren tixotropia: es tornen fluids quan s'agiten, però es tornen a solidificar quan en repòs. En general, els gels són materials aparentment sòlids, gelatinosos. És un tipus de fluid no newtonià. Reemplaçant el líquid per gas és possible preparar aerogels, materials amb propietats excepcionals que inclouen molt baixa densitat, una elevada superfície específica, i excel·lents propietats d'aïllant tèrmic.

Termodinàmica de la formació de la deformació del gel Un gel és, en essència, la mescla d'una xarxa polimèrica i una fase solvent. En estirar-se, els enllaços creuats de la xarxa s'allunyen més els uns dels altres. Pel fet que els brins de polímer entre els enllaços creuats actuen com a ressorts entròpics, els gels presenten una elasticitat com la del cautxú (que és només una xarxa de polímer, sense solvent). Això és així perquè la penalització d'energia lliure per a estirar un segment de polímer ideal amb monòmers de grandària entre enllaços creuats a una distància d'extrem a extrem està donada aproximadament per

Aquest és l'origen tant del gel com de l'elasticitat del cautxú. Però una diferència clau és que el gel conté una fase de solvent addicional i, per tant, és capaç de tenir canvis de volum significatius sota deformació en prendre i treure solvent. Per exemple, un gel podria inflar-se diverses vegades el seu volum inicial després de submergir-se en un solvent després d'aconseguir l'equilibri. Aquest és el fenomen de la inflor del gel. Per contra, si traiem el gel inflat i deixem que s'evapori el solvent, el gel es reduiria aproximadament a la seva grandària original. Aquest canvi de volum de gel es pot introduir alternativament aplicant forces externes. Si s'aplica una tensió de compressió uniaxial a un gel, part del solvent contingut en el gel s'espremeria i el gel es contrauria en la direcció de l'esforç aplicat. Per a estudiar l'estat mecànic del gel en equilibri, un bon punt de partida és considerar un gel cúbic de volum que és estirat mitjançant els factors , i en les tres direccions ortogonals durant l'inflament després de ser submergit en una fase solvent de volum inicial . El volum final deformat de gel és llavors i el volum total del sistema és que se suposa constant durant el procés d'inflament per a simplificar el tractament. L'estat inflat del gel ara està completament caracteritzat pels factors d'estirament , i i per tant és d'interès derivar l'energia lliure de deformació com una funció d'ells, denotada com a . Per analogia amb el tractament històric de l'elasticitat del cautxú i l'energia lliure d emezcla, es defineix amb major freqüència com la diferència d'energia lliure després i abans de la inflor normalitzada pel volum de gel inicial , és a dir, és una diferència de densitat d'energia lliure. L'expressió de naturalment incorpora dues contribucions d'orígens físics radicalment diferents, un està associat amb la deformació elàstica de la xarxa de polímer, i l'altre amb el barrejat de la xarxa amb el solvent. Per tant, l'expressió resultant és

.

S'analitzen a continuació les dues contribucions per separat. El terme de deformació elàstica del polímer és independent de la fase solvent i té la mateixa expressió que un cautxú, com es deriva de la teoria d'elasticitat del cautxú de Kuhn:

on és el mòdul de cisallament de l'estat inicial. D'altra banda, el terme de barrejat en general és tractat mitjançant l'energia lliure de Flory-Huggins de solucions de polímer concentrat , on és la fracció de volum de polímer. Si per exemple el gel inicial té una fracció de volum de gel , la fración de volum de polímer després d'inflat serà atès que el nombre de monòmers parmanece constant mentre que el volum de gel ha augmentat per un factor . As the polymer volume fraction decreases from to , una solució de polímer de concentració i volum és barrejada amb un solvent pur de volum per a donar lloc a una solució amb una concentració de polímer de i volum . El canvi de densitat d'energia lliure en aquesta etapa de barrejat és

on del costat dret, el primer terme és la densitat d'energia de Flory-Huggins del gel final inflat, el segon està associat al gel inicial i el tercer és del solvent pur abans de la mescla. Substituint s'obté

.

Observi's que el segon terme és independent dels factors d'allargament , i i per tant es pot descartar en les anàlisis subsegüents. Si s'utilitza l'energia lliure de Flory-Huggins per a una solució polímer-solvent

on és el volum de monòmer, és la longitud del bri de polímer i és el paràmetre d'energia de Flory-Huggins. A causa d'aquesta xarxa, la longitud del polímer és efectivament infinita, es pot prendre el límit y es redueix a

.

La substitució d'aquesta expressió en i sumant la contribució de la xarxa condueix a

.

Això proporciona el punt de partida per a examinar l'equilibri d'inflament d'una xarxa de gel submergida en solvent. Es pot demostrar que l'inflament del gel és la competència entre dues forces, una és la pressió osmòtica de la solució de polímer que afavoreix l'absorció de solvent i l'expansió, l'altra és la força restauradora de la xarxa de polímer elasticitat que afavoreix la contracció. En l'equilibri, els dos efectes es cancel·len exactament en principi i les , i associades defineixen el volum d'equilibri del gel. En resoldre l'equació d'equilibri de forces, sovint es prefereixen les solucions gràfiques.

En una anàlisi alternativa per escaleado, si un gel isotròpic és allargat per un factor en les tres direccions. Sota l'aproximació de la xarxa afí, la distància extrem a extrem de píxels quadrats en el gel augmenta del valor inicial a i l'energia elàstica d'un bri es pot expressar com

on és la fluctuació quadràtica mitjana en la distància d'extrem a extrem d'un fil. El mòdul del gel és llavors aquesta energia elàstica d'un sol bri multiplicat per la densitat del número de bri el que és

.