โพลีอิเล็กโทรไลต์เป็นพอลิเมอร์ที่มีหน่วยซ้ำซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันอิเล็กโทรไลต์ โพลีแคตไอออนและโพลีแอน ไอออนเป็น โพ ลีอิ เล็กโทรไลต์ หมู่ฟังก์ชันเหล่านี้จะแตกตัวในสารละลายในน้ำ ทำให้ พอลิเมอร์มีประจุ คุณสมบัติของโพลีอิเล็กโทรไลต์จึงคล้ายคลึงกับทั้งอิเล็กโทรไลต์ ( เกลือ ) และพอลิเมอร์ (สารประกอบที่ มีน้ำหนักโมเลกุลสูง) และบางครั้งเรียกว่าโพลีซอลต์ เช่นเดียวกับเกลือ สารละลายของพวกมันนำไฟฟ้าได้ และเช่นเดียวกับพอลิเมอร์ สารละลายของพวกมันมักมีความหนืดโซ่โมเลกุลที่มีประจุ ซึ่งมักพบในระบบสสารอ่อน มีบทบาทสำคัญในการกำหนดโครงสร้าง ความเสถียร และปฏิสัมพันธ์ของกลุ่มโมเลกุลต่างๆ แนวทางทางทฤษฎี^{[ 1 ] [ 2 ]}ในการอธิบายคุณสมบัติทางสถิติของพวกมันแตกต่างอย่างมากจากคู่ของพวกมันที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ในขณะที่สาขาเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเฉพาะของพวกมัน โมเลกุลทางชีวภาพหลายชนิดเป็นโพลีอิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างเช่นโพลีเปปไทด์ไกลโคซามิโนไกลแคนและDNAเป็นโพลีอิเล็กโทรไลต์ โพลีอิเล็กโทรไลต์ทั้งจากธรรมชาติและสังเคราะห์ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท

กรดแบ่งออกเป็นกรดอ่อนและกรดแก่ (และเบสก็เช่นกัน อาจเป็นได้ทั้งกรดอ่อนและกรดแก่ ) ในทำนองเดียวกัน โพลีอิเล็กโทรไลต์ก็สามารถแบ่งออกเป็นประเภท "อ่อน" และ "แก่" โพลีอิเล็กโทรไลต์ "แก่" จะแตกตัวอย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่ ค่า pH ส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้าม โพลีอิเล็กโทรไลต์ "อ่อน" จะมีค่าคงที่การแตกตัว (pKa หรือ pKb) อยู่ในช่วงประมาณ 2 ถึง 10 ซึ่งหมายความว่ามันจะแตกตัวเพียงบางส่วนที่ค่า pH ระดับกลาง ดังนั้น โพลีอิเล็กโทรไลต์อ่อนจึงไม่มีประจุเต็มที่ในสารละลาย และนอกจากนี้ ประจุเศษส่วนของมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนค่า pH ของสารละลาย ความเข้มข้นของไอออนตรงข้าม หรือความแรงของไอออน

คุณสมบัติทางกายภาพของสารละลายโพลีอิเล็กโทรไลต์มักได้รับผลกระทบอย่างมากจากระดับการแตกตัวเป็นไอออน เนื่องจากเมื่อโพลีอิเล็กโทรไลต์แตกตัวจะปล่อยไอออนประจุลบออกมา ซึ่งส่งผลต่อความเข้มข้นของไอออนในสารละลายและความยาวเดบาย (Debye length ) ซึ่งจะส่งผลต่อคุณสมบัติอื่นๆ เช่นการนำไฟฟ้าด้วย

เมื่อ ผสมสารละลายของพอลิเมอร์ที่มีประจุตรงข้ามกันสองชนิด (กล่าวคือ สารละลายของพอลิแคตไอออนและสารละลายของพอลิแอนไอออน ) มักจะเกิดสารประกอบเชิงซ้อน ( ตะกอน ) ขึ้น เนื่องจากพอลิเมอร์ที่มีประจุตรงข้ามกันจะดึงดูดซึ่งกันและกันและจับตัวกันเป็นก้อน

โครงสร้างของพอลิเมอร์ใดๆ ได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสถาปัตยกรรมของพอลิเมอร์และความสัมพันธ์กับตัวทำละลาย ในกรณีของพอลิอิเล็กโทรไลต์ ประจุก็มีผลเช่นกัน ในขณะที่สายโซ่พอลิเมอร์เชิงเส้นที่ไม่มีประจุโดยทั่วไปจะอยู่ในโครงสร้างแบบสุ่มในสารละลาย (ใกล้เคียงกับการเดินแบบสุ่ม สามมิติที่หลีกเลี่ยงตัวเอง ) ประจุบนสายโซ่พอลิอิเล็กโทรไลต์เชิงเส้นจะผลักกันเองผ่านแรงของชั้นคู่ซึ่งทำให้สายโซ่มีโครงสร้างที่ยืดออกและแข็งเหมือนแท่งมากขึ้น ประจุจะถูกบดบังหากสารละลายมีเกลือที่เติมเข้าไปจำนวนมาก ดังนั้น สายโซ่พอลิอิเล็กโทรไลต์จะยุบตัวลงเป็นโครงสร้างแบบปกติมากขึ้น (โดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับสายโซ่ที่เป็นกลางในตัวทำละลาย ที่ดี )

โครงสร้างของพอลิเมอร์ส่งผลต่อคุณสมบัติโดยรวมหลายอย่าง (เช่นความหนืดความขุ่นเป็นต้น) แม้ว่าโครงสร้างทางสถิติของพอลิอิเล็กโทรไลต์จะสามารถจำลองได้โดยใช้ทฤษฎีพอลิเมอร์แบบดั้งเดิม แต่โดยทั่วไปแล้ว การสร้างแบบจำลองสายโซ่พอลิอิเล็กโทรไลต์อย่างถูกต้องนั้นต้องใช้การคำนวณที่ค่อนข้างมาก เนื่องจากลักษณะการปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตในระยะไกล เทคนิคต่างๆ เช่นการกระเจิงแสงแบบสถิตสามารถนำมาใช้ศึกษาโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของพอลิอิเล็กโทรไลต์ได้

โพลีอิเล็กโทรไลต์ที่มีทั้งกลุ่มซ้ำที่เป็นประจุบวกและประจุลบเรียกว่าโพลีแอมโฟไลต์การแข่งขันระหว่างสมดุลกรด-เบสของกลุ่มเหล่านี้ทำให้เกิดความซับซ้อนเพิ่มเติมในพฤติกรรมทางกายภาพ โพลีเมอร์เหล่านี้มักจะละลายก็ต่อเมื่อเติมเกลือในปริมาณที่เพียงพอเพื่อลดปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนที่มีประจุตรงข้าม ในกรณีของไฮโดรเจลมาโครพอรัสแบบแอมโฟเทอริก การกระทำของสารละลายเกลือเข้มข้นจะไม่นำไปสู่การละลายของวัสดุโพลีแอมโฟไลต์เนื่องจากการเชื่อมโยงแบบโควาเลนต์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ ไฮโดรเจลมาโครพอรัส 3 มิติสังเคราะห์แสดงความสามารถที่ยอดเยี่ยมในการดูดซับไอออนโลหะหนักในช่วง pH ที่กว้างจากสารละลายในน้ำที่เจือจางมาก ซึ่งสามารถใช้เป็นสารดูดซับสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำเค็มได้ในภายหลัง^{[ 5 ] [ 6 ]}โปรตีนทั้งหมด เป็นโพลีแอมโฟไลต์ เนื่องจาก กรดอะมิโนบางชนิดมีแนวโน้มที่จะเป็นกรด ในขณะที่บางชนิดเป็นเบส

โพลิอิเล็กโทรไลต์มีประโยชน์หลายอย่าง ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการไหลและความเสถียรของสารละลายในน้ำและเจลตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อลดความเสถียรของสารแขวนลอยคอลลอยด์และเริ่มต้นกระบวนการตกตะกอน (การจับตัวเป็นก้อน) นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มประจุบนพื้นผิวของอนุภาคที่เป็นกลาง ทำให้สามารถกระจายตัวในสารละลายในน้ำได้ ดังนั้นจึงมักใช้เป็น สารเพิ่มความหนืด สารทำให้เกิดอิมัลชัน สาร ปรับสภาพ สารทำให้ใสและแม้กระทั่ง สารลดแรง เสียดทานมีการใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำและการกู้คืนน้ำมันสบู่แชมพูและเครื่องสำอางหลายชนิดมีส่วนผสมของโพลิอิเล็กโทร ไลต์ ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีการเติมโพลิ อิ เล็กโทรไลต์ลงในอาหารหลายชนิดและส่วนผสม คอนกรีต ( สารลดน้ำ ) โพลิอิเล็กโทรไลต์บางชนิดที่ปรากฏบนฉลากอาหาร ได้แก่ เพคตินคาร์ราจีแนนอัลจิเนตและคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ทั้งหมดนี้ยกเว้นชนิดสุดท้ายมีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ สุดท้ายนี้ โพลิอิเล็กโทรไลต์ยังใช้ในวัสดุต่างๆ รวมถึงซีเมนต์ด้วย

เนื่องจากบางชนิดละลายน้ำได้ จึงมีการนำไปศึกษาเพิ่มเติมเพื่อการประยุกต์ใช้ทางชีวเคมีและการแพทย์ ปัจจุบันมีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการใช้ โพลีอิเล็กโทรไลต์ ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับการเคลือบวัสดุปลูกถ่าย การปลดปล่อยยาแบบควบคุม และการใช้งานอื่นๆ ดังนั้นเมื่อเร็วๆ นี้ จึงมีการอธิบายวัสดุที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งประกอบด้วยสารเชิงซ้อนโพลีอิเล็กโทรไลต์ โดยวัสดุดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ดีเยี่ยม^{[ 7 ]}และแอคทูเอเตอร์แบบอ่อนคล้ายกล้ามเนื้อ

โพลีอิเล็กโทรไลต์ถูกนำมาใช้ในการสร้างวัสดุประเภทใหม่ที่เรียกว่าโพลีอิเล็กโทรไลต์มัลติเลเยอร์ (' PEMs ') ฟิล์มบางเหล่านี้สร้างขึ้นโดยใช้ เทคนิคการตกตะกอน แบบชั้นต่อชั้น ( LbL ) ในระหว่างการตกตะกอนแบบ LbL พื้นผิวการเจริญเติบโตที่เหมาะสม (โดยปกติจะมีประจุ) จะถูกจุ่มไปมาระหว่างอ่างเจือจางของสารละลายโพลีอิเล็กโทรไลต์ที่มีประจุบวกและลบ ในแต่ละครั้งที่จุ่ม โพลีอิเล็กโทรไลต์จำนวนเล็กน้อยจะถูกดูดซับ และประจุบนพื้นผิวจะกลับทิศทาง ทำให้เกิดการสร้าง ฟิล์ม ที่เชื่อมโยงกันด้วย ไฟฟ้าสถิต ของชั้นโพลีแคตไอออน-โพลีแอนไอออนอย่างค่อยเป็นค่อยไปและควบคุมได้ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นถึงการควบคุมความหนาของฟิล์มดังกล่าวลงไปถึงระดับนาโนเมตรเดียว ฟิล์ม LbL ยังสามารถสร้างขึ้นได้โดยการแทนที่ชนิดที่มีประจุ เช่นอนุภาคนาโนหรือแผ่นดินเหนียว^{[ 8 ]} แทนที่หรือเพิ่มเติมจากโพลีอิเล็กโทรไล ต์ตัวใดตัวหนึ่ง การตกตะกอนแบบ LbL ยังทำได้โดยใช้พันธะไฮโดรเจนแทนไฟฟ้าสถิตสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างชั้นหลายชั้น โปรดดูที่การดูดซับโพลีอิเล็กโทรไลต์

สามารถมองเห็นการก่อตัวของ PEM (PSS-PAH (poly(allylamine) hydrochloride)) แบบ LbL บนพื้นผิวทองคำได้ในรูป การก่อตัวนี้วัดโดยใช้เรโซแนนซ์พลาสมอนพื้นผิวแบบหลายพารามิเตอร์เพื่อกำหนดจลนศาสตร์การดูดซับ ความหนาของชั้น และความหนาแน่นเชิงแสง^{[ 9 ]}

ข้อดีหลักของการเคลือบ PEM คือ ความสามารถในการเคลือบวัตถุได้อย่างแนบสนิท (กล่าวคือ เทคนิคนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะการเคลือบวัตถุแบนราบเท่านั้น) ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมจากการใช้กระบวนการที่ใช้น้ำเป็นหลัก ต้นทุนที่สมเหตุสมผล และการใช้คุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของฟิล์มเพื่อการดัดแปลงเพิ่มเติม เช่น การสังเคราะห์ อนุภาคนาโน โลหะหรือ สาร กึ่งตัวนำหรือ การเปลี่ยนเฟสของรู พรุนเพื่อสร้างสารเคลือบป้องกันแสงสะท้อนบานเกล็ดแสงและสารเคลือบกันน้ำพิเศษ

หากมีการเพิ่มสายโซ่โพลีอิเล็กโทรไลต์เข้าไปในระบบของมาโครไอออนที่มีประจุ (เช่น อาร์เรย์ของโมเลกุล DNA) ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่เรียกว่าการเชื่อมโยงโพลีอิ เล็กโทรไลต์ อาจเกิดขึ้นได้^{[ 10 ]}โดยทั่วไปแล้ว คำว่าปฏิสัมพันธ์การเชื่อมโยงจะถูกนำมาใช้กับสถานการณ์ที่สายโซ่โพลีอิเล็กโทรไลต์เดี่ยวสามารถดูดซับกับมาโครไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันสองตัว (หรือมากกว่า) (เช่น โมเลกุล DNA) จึงสร้างสะพานโมเลกุลขึ้น และผ่านการเชื่อมต่อนี้ จะเป็นตัวกลางในการเกิดปฏิสัมพันธ์แบบดึงดูดระหว่างกัน

ที่ระยะห่างระหว่างมาโครไอออนน้อย โซ่จะถูกบีบอยู่ระหว่างมาโครไอออน และผลกระทบทางไฟฟ้าสถิตในระบบจะถูกครอบงำด้วยผลกระทบเชิงพื้นที่ อย่างสมบูรณ์ – ระบบจึงอยู่ในสภาวะคายประจุอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเราเพิ่มระยะห่างระหว่างมาโครไอออน เรา จะยืดโซ่โพลีอิเล็กโทรไลต์ที่ดูดซับอยู่บนมาโครไอออนเหล่านั้นไปพร้อมกัน การยืดตัวของโซ่ทำให้เกิดแรงดึงดูดดังกล่าวข้างต้นเนื่องจากความยืดหยุ่น ของโซ่

เนื่องจากลักษณะการเชื่อมต่อกัน พฤติกรรมของสายโซ่โพลีอิเล็กโทรไลต์จึงแทบไม่มีความคล้ายคลึงกับพฤติกรรมของไอออนที่ถูกจำกัดและไม่เชื่อมต่อกันเลย

ในศัพท์เฉพาะของพอลิเมอร์ กรดพอลิเมอร์คือพอลิอิเล็กโทรไลต์ที่ ประกอบด้วย โมเลกุล ขนาด ใหญ่ที่มี กลุ่ม กรด อยู่ ในหน่วยโครงสร้าง ส่วนใหญ่ โดยทั่วไปแล้ว กลุ่มกรดจะเป็น–COOH , –SO Hหรือ–PO H ^{[ 11 ]}

• การกระจายตัว
• เรซินแลกเปลี่ยนไอออน
• เกลือโพลีไพริดิเนียม

• สถาบันวิจัยโพลิเมอร์แม็กซ์พลังค์ เมืองไมนซ์ ประเทศเยอรมนี
• โพลีอิเล็กโทรไลต์: สถาบันเคมีเชิงฟิสิกส์และทฤษฎี มหาวิทยาลัยเรเกนส์บูร์ก เรเกนส์บูร์ก ประเทศเยอรมนี
• โพลีอิเล็กโทรไลต์: วาโดดารา, รัฐคุชราต, อินเดีย