겔

실리카겔

젤은 부드럽고 약한 것부터 단단하고 ^[1]^[2]단단한 것까지 다양한 성질을 가진 반고체입니다.겔은 상당히 희석된 가교 시스템으로 정의되며, 정상 상태에서는 흐름이 나타나지 않지만 액상은 여전히 이 시스템을 ^[3]통해 확산될 수 있습니다.겔은 현상학적으로 두 가지 이상의 성분(그 중 하나는 액체)으로 구성된 부드럽고 고체 또는 고체 같은 물질로 정의되어 있으며,^[4] 그 중 하나는 액체이다.

겔은 무게로 따지면 대부분 액체이지만 액체 안에 3차원 가교 네트워크가 있기 때문에 고체처럼 행동한다.젤의 구조(경도)를 제공하고 접착 스틱(택)에 기여하는 것은 유체 내부의 가교입니다.이와 같이 겔은 고체 매체 내의 액체 분자의 분산이다.젤이라는 단어는 19세기 스코틀랜드의 화학자 토마스 그레이엄에 의해 ^[5]젤라틴에서 오려낸 것이다.

젤을 형성하는 과정을 젤화라고 한다.

IUPAC 정의

Gel

유체에 ^[6]^[7]의해 전체 부피로 확장되는 비유체 콜로이드 네트워크 또는 폴리머 네트워크.

참고 1: 겔은 유한한 항복 응력을 가지며, 보통 상당히 작습니다.

참고 2: 젤은 다음을 포함할 수 있습니다.

예를 들어 가교 폴리머 체인 또는 비선형 중합에 의해 형성된 네트워크, 공유 폴리머 네트워크
수소결합, 결정화, 나선형성, 복합화 등에 의해 야기되는 고분자 사슬의 물리적 집적에 의해 형성되는 고분자 네트워크로서 국지적 질서의 영역이 네트워크 접속점으로 작용한다.국소 질서의 영역이 열적으로 가역적인 경우, 그 결과로 팽창한 네트워크를 "가역성 겔"이라고 부를 수 있다.
예를 들어 블록 공중합체를 기반으로 하는 유리 접합점을 통해 형성된 폴리머 네트워크.접합점이 열가역성 유리 도메인인 경우, 그 결과로 부풀어 오른 네트워크를 열가역성 겔(thermoreversible 겔)이라고도 할 수 있다.
메소파시스를 포함한 층상 구조는 층상 결정과 메소파시스를 정의한다.^[8] 예를 들어 비누겔, 인지질 및 점토를 정의한다.
입자 무질서 구조, 예를 들어 VO 겔₂₅ 및 구상 또는 섬유질 단백질 겔과 같이 일반적으로 큰 기하학적 이방성을 가진 입자로 구성된 응집성 침전물.

주 3: 정의가 겔을 설명하는 구조적 특성이 아닌 주 1(위)에서 식별된 특성에 의해 Gold^[9] Book에서 수정되었다.

Hydrogel

팽창제가 물인 젤.

주 1: 하이드로겔의 네트워크 컴포넌트는 보통 폴리머 네트워크입니다.

주 2: 네트워크 컴포넌트가 콜로이드 네트워크인 하이드로겔은 ^[7]아쿠아겔이라고 불립니다.

Xerogel

젤에서 모든 팽창제를 제거하여 형성된 개방 네트워크.

주의: 제로겔의 예로는 실리카겔과 젤라틴이나 고무와 같은 건조된 소형 고분자 구조를 들 수 있습니다.

골드북에서 ^[10]수정.여기서 제안하는 정의는 보다 ^[11]명확한 것으로 권장된다.

구성.

겔은 액체 매체의 부피를 포괄하고 표면 장력 효과를 통해 매체를 함정에 빠뜨리는 단단한 3차원 네트워크로 구성됩니다.이러한 내부 네트워크 구조는 물리적 결합(물리적 겔) 또는 화학적 결합(화학 겔) 및 확장된 유체 내에 온전한 결정체 또는 기타 접합부에 의해 발생할 수 있습니다.물(히드로겔), 오일 및 공기(에어로겔)를 포함한 거의 모든 유체를 익스텐더로 사용할 수 있습니다.무게와 부피 모두에서 겔은 대부분 유동성이기 때문에 구성 액체와 유사한 밀도를 보인다.식용 젤리는 하이드로겔의 일반적인 예이며 대략 물의 밀도를 가지고 있다.

폴리이온 폴리머

폴리이온성 폴리머는 이온성 관능기를 가진 폴리머이다.이온 전하가 단단히 감긴 폴리머 체인의 형성을 방지합니다.이렇게 하면 늘어난 폴리머가 더 많은 공간을 차지하기 때문에 늘어난 상태에서 점도에 더 많은 기여를 할 수 있습니다.이것이 젤이 굳어지는 이유이기도 하다.자세한 내용은 고분자 전해질을 참조하십시오.

종류들

하이드로겔

초흡수성 폴리머의 하이드로겔

하이드로겔은 친수성 고분자 사슬의 네트워크이며, 때로는 물이 분산 매체인 콜로이드 겔로 발견되기도 합니다.친수성 고분자 사슬이 ^{[clarification needed]}가교로 결합됨으로써 3차원 고체가 생성된다.히드로겔 네트워크의 구조적 무결성은 고유 가교로 인해 ^[12]물의 고농도로 인해 용해되지 않습니다.하이드로겔은 천연 또는 합성 고분자 네트워크(90% 이상의 물을 포함할 수 있음)를 매우 흡수합니다.하이드로겔은 또한 상당한 수분 함량 때문에 자연 조직과 매우 유사한 유연성을 가지고 있습니다.반응성이 뛰어난 "스마트 물질"로서 하이드로겔은 화학 시스템을 캡슐화할 수 있으며, 이는 pH의 변화와 같은 외부 요인에 의한 자극에 의해 포도당과 같은 특정 화합물이 대부분 액체 상태로 이행함으로써 환경으로 방출될 수 있습니다.화학기계 고분자는 또한 대부분 하이드로겔로, 자극에 따라 부피가 변화하고 액추에이터 또는 센서 역할을 할 수 있습니다.'히드로겔'이라는 용어가 문헌에 처음 등장한 것은 ^[13]1894년이었다.

오르가노겔

유기겔은 3차원 가교 네트워크에 감긴 액체 유기상으로 이루어진 비결정, 비유리 열가역성(열가소성) 고체 재료이다.액체는 예를 들어 유기용제, 미네랄 오일 또는 식물성 기름일 수 있습니다.구조체의 용해도 및 입자 치수는 유기체의 탄성 특성과 견고성에 대한 중요한 특성입니다.종종 이러한 시스템은 구조화 ^[14]^[15]분자의 자가 조립에 기초합니다.(불필요한 열가역성 네트워크 형성의 예로는 석유에서 왁스 결정화가 발생하는 것을 들 수 있습니다.)^[16]

오르가노겔은 의약품,^[17] 화장품, 미술품 보존 ^[18]및 ^[19]식품과 같은 다양한 용도로 사용될 가능성이 있습니다.

크세로겔스

제로겔 /ˈzɪroʊdʒl/는 겔로 이루어진 고형물로 수축 없이 건조시킨다.제로겔은 일반적으로 매우 작은 모공 크기(1-10 nm)와 함께 높은 다공성(15~50%)과 거대한 표면적(150~900² m/g)을 유지합니다.초임계 조건 하에서 용제를 제거해도 네트워크는 축소되지 않고 에어로겔로 알려진 다공성 저밀도 물질이 생성됩니다.고온에서 제로겔의 열처리는 점성소결(점성흐름의 소량에 의한 제로겔의 수축)을 발생시켜 고밀도와 다공성은 소결조건에 따라 달라진다.

나노복합 하이드로겔

나노복합 하이드로겔^[20]^[21] 또는 하이브리드 하이드로겔은 물리적으로 또는 공유적으로 서로 가교되거나 나노입자 또는 나노구조와 ^[22]연결된 고수화 고분자 네트워크입니다.나노 복합 하이드로겔은 수화되고 상호 연결된 다공질 구조로 인해 고유 조직의 특성, 구조 및 미세 환경을 모방할 수 있습니다.하이드로겔 구조 내에 탄소계, 고분자, 세라믹, 금속 나노재료 등의 광범위한 나노입자를 함유하여 맞춤형 기능을 가진 나노복합체를 얻을 수 있다.나노 복합 하이드로겔은 우수한 물리적,^[20]^[23] 화학적, 전기적, 열적 및 생물학적 특성을 갖도록 설계될 수 있습니다.

특성.

많은 겔은 틱소트로피(thixotropy)를 나타내며, 교반할 때는 유동성이 되지만 휴식할 때는 재결정됩니다.일반적으로 젤은 겉으로 보기에 고체 젤리 같은 물질이다.이것은 뉴튼이 아닌 유체의 한 종류입니다.액체를 기체로 대체함으로써 매우 저밀도, 고비 표면적, 뛰어난 단열성 등 뛰어난 성질을 가진 재료인 에어로겔을 준비할 수 있다.

겔변형의 열역학

겔은 본질적으로 폴리머 네트워크와 용매상의 혼합물이다.네트워크 크로스링크는 스트레칭 시 서로 더 멀리 이동됩니다.교차 링크 사이의 고분자 가닥이 엔트로픽 스프링 역할을 하기 때문에 겔은 고무와 같은 탄성을 나타냅니다(용매 없이 고분자 네트워크일 뿐입니다).이는 이상적인 폴리머 $세그먼트$ N(\ $displaystyle$ N $)$ 의 크기 b $(\displaystyle$ b $)$ 의 $N$ $b$ 모노머를 엔드 투 $엔드$ 거리R(\ $displaystyle$ R $)$ 사이에 늘리기 위한 자유 에너지 패널티가 대략 다음과 같이 부여되기^[24] 때문입니다.

$\displaystyle F_{\text{ela}}\sim kT{\frac{R^{2}}{Nb^{2}}}$

이것이 젤과 고무 탄성의 근원입니다.그러나 한 가지 중요한 차이점은 겔이 추가적인 용매상을 포함하고 있기 때문에 용매를 흡입 및 배출함으로써 변형 시 상당한 부피 변화를 일으킬 수 있다는 것입니다.예를 들어 겔은 평형에 도달한 후 용매에 담근 후 초기 부피의 몇 배까지 팽창할 수 있다.젤이 부풀어 오르는 현상입니다.반대로 부풀어 오른 젤을 꺼내 용제를 증발시키면 젤은 원래 크기로 수축합니다.이러한 겔 부피 변화는 외부 힘을 가함으로써 발생할 수 있습니다.겔에 단축 압축응력을 가하면 겔에 포함된 용제가 압출되어 겔이 가해지는 방향으로 수축한다.겔의 기계적 상태를 평형상태에서 연구하기 위해서는 $\lambda _{1}$ 1 $\lambda _{1}$ \ $displaystyle \lambda$ _ {1} $,$ $\lambda _{2}$ 2 \ $displaystyle \lambda$ _ { $2$ } $\lambda _{2}$ , $\lambda _{3}$ 3 \ $displaystyle \lambda$ _ ${3$ } 인자에 $\lambda _{3}$ 의해 늘어나는 $V_{0}$ $(\$ 의 $V_{{0}}$ 입방겔을 고려하는 것이 좋다.s 초기 $V_{s0}$ $s 0$ 의 $V_{s0}$ 용매상에 담근 후 팽창 시.겔의 최종 변형 부피는 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 1 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 2 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 0 { { $displaystyle$ \ $lambda _$ { $}$ \ $lambda$ _ { $}$ \ $lambda$ _ { } \ lambda _ { } $V$ $V_{0}+V_{s0}$ _ { 3 } 이며, 시스템의 총 부피는 $V_{0}+V_{s0}$ + V $V_{0}+V_{s0}$ $V_{0}+V_{s0}$ { 0 } \ $displaystyle$ V $_$ { $0$ } 이므로 팽창 처리 과정이 간단하다고 가정한다.겔의 팽창상태는 스트레치팩터 $\lambda _{1}$ ({ $displaystyle\lambda_{1$ $\lambda _{3}$ $({$ 및 ${\$ ({displaystyle\ $lambda_{3$ })로 $\lambda _{3}$ 완전히 특징지므로 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ )로 표기되는 변형자유에너지를 도출하는 것이 흥미롭다. $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ , $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3 $)({$ $displaystyle$ $f_{\text{gel}(\lambda$ _{ $1},\$ lambda _ ${2},\lambda$ _{ $3$ 고무탄성 및 자유에너지 혼합의 이력처리에 유추하기 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $($ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3)(\ $da f_{\$ textgel $}, _bda$ { $1})$ 초기 겔 $V_{0}$ V 0 $({$ 0 $V_{0}$ 에 의해 정상화된 팽창 전후, 즉 자유 에너지 차이 밀도. $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ (1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 의 $({displaystyle f_{\text{gel}(\lambda_{1},\lambda_{2},\lambda_{3})$ 는 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 기본적으로 근본적으로 다른 물리적 기원의 두 가지 기여를 가정하며, 하나는 폴리머 네트워크의 탄성 변형과 관련이 있다.그래서 우리는 글을^[25] 쓴다.

$f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 겔 ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3) $=$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ net ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3) $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ + $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ mix ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $3$ 3) $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})=f_{\text{net}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})+f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ ( \ $display$ f _ { \ $text$ { $gel$ } ) ( \ $style$ f $_$ { \ text { } , \ $text {$ $}$ , { $）$ 、 \ $display da$ _ { \ $text da$ _ { { { } } )

우리는 이제 이 두 가지 기여에 대해 따로 고려합니다.고분자 탄성 변형 용어는 용매 단계와 독립적이며 고무 탄성 이론에서 파생된 것과 같이 고무와 같은 식을 가집니다.

${\displaystyle f_{\text{net}(\displayda_{1},\displayda_{2},\displayda_{3})=displayfrac {G_{0}{2}+{2}+\displayda_{3})$

$G_{0}$ 서 G 0 $(\$ 은 $G_{0}$ 초기 상태의 전단 계수를 나타냅니다.한편 $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3) $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ { $displaystyle$ $f_{\text{mix}}(\lambda_{$ 1},\ $lambda_{3})$ 는 $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 보통 농축 $f(\phi )$ $($ concent $f(\phi )$ 의 $Flory-Hugins$ 자유에너지로 $\phi$ 한다 $f(\phi )$ 초기 겔의 폴리머 부피율이 $(\$ _ ${0$ $\phi _{0}$ 라고 가정하면, 팽창 후 폴리머 $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 은 $=$ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ / {\ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ ${\$ 3 $(\displaystyle$ \ $phi$ =\ $phi _$ {0}/\ $da _{1$ }\ $da _{2$ }\ $da _{3$ }) 이며 $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ , 겔의 부피수는 동일하다.volume $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 2 $3$ $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 3 (\ $displaystyle \lambda$ _ {1 $}$ $\lambda$ _{ $2}$ \ $lambda$ _ ${3$ 의 배수로. 폴리머 부피 분율이 0 $(\$ \ $phi$ _ ${$ $0})$ 에서 $\phi _{0}$ 0 $(\displaystyle$ \ $phi$ $\phi$ 으로 $\phi _{0}$ 감소함에 따라 농도 ${\$ $\phi _{0}$ (\ $displaystyle$ 0 $)$ 의 폴리머 용액이 된다.}을 $V_{{0}}$ $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ 를) 부피의 순수 용매( $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ 3 $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ - $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ ) $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ V $0$ (\displaystyle (\ $lambda _{$ 1}\ $lambda _{$ 2}\ $lambda _{3$ }-1 $)$ 과 혼합한다 $.$ $V_{0}:$ 폴리머 $(\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}-1)V_{0}$ $\phi$ ${\$ {\ $displaystyle$ $\$ $phi},$ 부피 $\phi$ $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 1 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 2 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ 3 $\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}V_{0}$ { {1 $}$ $\lambda _ {2}$ \ $lambda$ _ {3 $}V_{0$ 의 용액이 된다.이 혼합 단계에서 자유 에너지 밀도 변화는 다음과 같이 주어진다.

$V_{g0}f_{\text{mix}}(\lambda_{1}\lambda_{2}\lambda_{3}=\lambda_{2}\lambda_{3}f(\phi)-[V_0}f(\lambda_{1})_{da_{da_{1}_{{1})_{{1$

여기서 오른쪽에서 첫 번째 항은 최종 팽창 겔의 Flory-Huggins 에너지 밀도이고, 두 번째 항은 초기 겔과 관련되며, 세 번째 항은 혼합 전 순수한 용매의 에너지 밀도이다. $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 0 / $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 1 $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 2 $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ 3 { $displaystyle \phi =$ \ $phi$ _ { $0$ } / \ $phi da$ _ { $1 }$ \ phi da _ { $\phi =\phi _{0}/\lambda _{1}\lambda _{2}\lambda _{3}$ } \ $phi$ da _ { $2$ } 의 치환은 다음과 $같습니다$ .

$f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ mix ( $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ 1, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ 2, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ 3) $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ 0 $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ [ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ f ( $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ ) - $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ ( $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ ) $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ - [ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ ( $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ 0 $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ ) $]$ - $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {\phi _{0}}{\phi }}[f(\phi )-f(0)]-[f(\phi _{0})-f(0)]$ [ $display$ f _ { \ $text$ { } ( \ $display da _$ { { 1} , \ $text$ { 3 } $= frac$ { { 0 . 0 } { $frac }$

두 번째 항은 스트레칭 계수 $\lambda _{1}$ 1 \ $displaystyle$ \ $lambda$ _ { $\lambda _{2}$ $1$ } , ${\$ $\lambda _{2}$ \ $displaystyle$ \ $lambda$ _ { $2$ } $\lambda _{3}$ ${\$ 3 \ $displaystyle$ \ $lambda _ {$ 3} 3 $\lambda _{3}$ the the the the the the the the1 \ displaystyle \ lambda _ { }와는 무관하므로 후속 분석에서 드롭할 수 있습니다.이제 우리는 플로리-허긴스의 자유 에너지를 폴리머-솔벤트 용액에 사용합니다^[26].

${\displaystyle f(\phi)=parc frac {kT}{v_{c}}[{\frac {phi }\ln \phi +(1-\phi)+\chi \phi (1-\phi)]$

$v_{c}$ 서 v c $v_{c}$ {\ $displaystyle v_{c}$ 는 $v_{c}$ 단량체 부피, $N$ {\ $displaystyle$ N $}$ 은 $N$ 폴리머 스트랜드 길이, $\chi$ {\ $displaystyle \chi}$ 는 $\chi$ Flory-Huggins 에너지 파라미터입니다.네트워크에서는 폴리머 길이가 실질적으로 무한하기 때문에 N $N\to \infty$ ${\$ \ $displaystyle$ N \ $to$ \ $infty$ } $f(\phi )$ f ( $f(\phi )$ $){$ $displaystyle$ f ( \ $phi$ )}가 $f(\phi )$ 감소하는 $N\to \infty$ 를 취할 수 있습니다.

$f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ ( $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ ) $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ c $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ [ ( $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ 1 - $ϕ$ ) ln $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ ( $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ - $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ ) + $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ 1 ( 1 $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ - $f(\phi )={\frac {kT}{v_{c}}}[(1-\phi )\ln(1-\phi )+\chi \phi (1-\phi )]$ ) $]{$ $display style$ f ( \ $phi$ ) = $displaystyle$ f ( \ phi ) { kT } { $v _$ { $c$ } [ ( $1$ - \ $phi )$ $+$ $\ ci$

$f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 식을 f mix $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 1, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 2, $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 3) $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ { $displaystyle f_{\text{mix}}(\lambda_{1},\lambda_{2},\lambda_{3})$ 로 $f_{\text{mix}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})$ 치환하고 네트워크 기여도를 추가하면 다음과 같이 됩니다^[25].

$f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 겔 ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 1, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 2, $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 3) $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 2 + $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 2 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ + $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ ) $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ + $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 0 $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ ( $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ ) ( ) ) ( $display$ ) ( display ) $f_{\text{gel}}(\lambda _{1},\lambda _{2},\lambda _{3})={\frac {G_{0}}{2}}(\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}+\lambda _{3}^{2})+{\frac {\phi _{0}}{\phi }}f(\phi )$ 、 $display f$ _ { \ $text$ { $gel$ } ) 、（）、 \ $display da _$ { { { } _ { { { }, \ $text$ { }, \ $lambda$ _ { { } } $= fracda$ _ { $g$ _ { 0 } } } ）

이를 통해 용매에 담근 겔 네트워크의 팽창 평형을 검사할 수 있습니다.겔팽창은 두 가지 힘의 경쟁으로, 하나는 용제의 흡수와 팽창을 선호하는 고분자 용액의 삼투압이고, 다른 하나는 수축에 유리한 고분자 네트워크 탄성의 복원력임을 알 수 있다.평형상태에서 두 효과는 원칙적으로 서로 정확히 상쇄되며 $\lambda _{2}$ 1 \ $\lambda _{1}$ $\lambda _{3}$ \ $lambda _$ { $\lambda _{1}$ , ${\$ 2 \ $displaystyle$ \ $lambda _$ { $\lambda _{3}$ } , ${\$ 3 \ displaystyle \ $lambda _ {$ 3} 은 평형겔량을 정의한다.힘의 균형 방정식을 풀 때 그래픽 솔루션이 선호된다.

대안인 스케일링 접근법에서는 등방성 겔이 세 방향 모두에 대해 $\lambda$ 인수로 $\lambda$ 늘어나 있다고 가정한다.아핀 네트워크 근사치 하에서 겔의 평균 제곱 엔드 투 엔드 거리는 $R_{0}^{2}$ $R_{0}^{2}$ 0 $({$ R_ ${0}^2})$ 에서 $R_{0}^{2}$ $(\lambda R_{0})^{2}$ ( r $(\lambda R_{0})^{2}$ ) $(\lambda R_{0})^{2}$ (\ $display$ style $(\lambda R_{0})^2})$ 로 $(\lambda R_{0})^{2}$ 증가하며, 하나의 스탠드의 탄성 에너지는 다음과 같이 쓸 수 있다.

$F_{\text{ela}}\sim kT{\frac{\lambda R_{0}{2}}{R_{\text{ref}}{2}}$

$R_{\text{ref}}$ 서 R ref $R_{\text{ref}}$ {\ $displaystyle R_{\text{ref}}}$ 는 $R_{\text{ref}}$ 한 가닥의 엔드 투 엔드 거리의 평균 제곱 변동입니다.겔의 계수는 이 단일 입자 탄성 에너지와 스트랜드 수 밀도 $\nu =\phi /Nb^{3}$ $=$ / $\nu =\phi /Nb^{3}$ $\nu =\phi /Nb^{3}$ 3({ $displaystyle \nu$ =\ $phi$ / $Nb^{3})$ 을 $\nu =\phi /Nb^{3}$ ^[24] 곱한 값이다.

$G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ ( $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ ) ~ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ b $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ N ( $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ 0 ) $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ $G(\phi )\sim {\frac {kT}{b^{3}}}{\frac {\phi }{N}}{\frac {(\lambda R_{0})^{2}}{R_{\text{ref}}^{2}}}$ 2 ( \ $display style$ G ( \ $phi$ ) \ $sim$ { \ $frac$ { $kT }$ { \ $frac$ { $phi$ } { $N$ } { \ $frac$ { \ $lambda$ R $_$ 0 } { { r _ $r }$ } } { $text }$ } { 2 } } { text } }

이 계수는 (자유 에너지의 분화를 통해) 삼투압과 동일하며 위에서 발견한 것과 같은 방정식을 얻을 수 있습니다.

고분자 전해질 겔의 변형 도난 평형

반응에 따라 이온화될 수 있는 약한 산기로 장식된 고분자 전해질로 만든 하이드로겔을 고려하십시오.

$디스플레이 스타일HA}}\오른쪽 스푼{text}A}}^{-}+{\text{H}}^{+}}$

생리학적 농도의 소금 용액에 담근다.고분자 전해질의 이온화 정도는 $(\$ )에 의해 제어됩니다. $H$ 및 H $+(\$ 의 ${\text{H}}^{+}$ 때문에 $H$ $}}$ {{+}} ${\text{A}}^{-}$ A ${\text{A}}^{-}$ - ${\$ style {\ $text}$ $A$ 시스템의 다른 이온과의 정전 상호작용.이것은 효과적으로 정전기 효과에 의해 조절된 산염기 평형에 의해 제어되는 반응 시스템이며 약물 전달, 해수 담수화 및 투석 기술과 관련이 있다.겔의 탄성 특성으로 인해 A ${\text{A}}^{-}$ {\ $displaystyle {\$ text $}$ 의 ${\text{A}}^{-}$ $A}}^{-}$ 는 ${\text{A}}^{-}$ 시스템에 제약이 있기 때문에 염분 ${\text{H}}^{+}$ 과 H $+\$ text{})이 분할됩니다. $H}}^{+}}$ 겔 ${\text{H}}^{+}$ 내외로 고분자 전해질 이온화 정도에 밀접하게 결합되어 있다.겔 내부와 외부의 이 이온 분할은 고전적인 도난 이론에서 반절제 가능한 막을 가로질러 이온을 분할하는 것과 유사하지만, 네트워크 탄성에 의해 부과된 겔 부피 제약이 효과적으로 작용하기 때문에, 여기서 막은 필요하지 않습니다.이온이 ^[27]통과할 수 있습니다.

이온 분할과 고분자 전해질 이온화 정도 사이의 결합은 고전적인 도난 이론에 의해 부분적으로만 이루어집니다.시작점으로 이온 간의 정전 상호작용을 무시할 수 있습니다.평형상태에서 젤의 약한 산 부위가 분리되어 A - ${\text{A}}^{-}$ {\ $displaystyle$ {\ $text}$ 가 ${\text{A}}^{-}$ . $A$ $}}^{-}$ 정전기로 ${\text{A}}^{-}$ ${\text{H}}^{+}$ 된 ${\text{H}}^{+}$ H ${\text{H}}^{+}$ + {\ $displaystyle$ {\text $}$ $H}}^{+}}$ 및 염분이온으로 ${\text{H}}^{+}$ 인해 상대적으로 ${\text{H}}^{+}$ H+(\ $displaystyle\$ text ${)$ 의 농도가 높아짐 $H$ 젤 안에 소금 양이온.하지만 H $+$ 의 집중력 ${\text{H}}^{+}$ $H}}^{+}}$ 는 ${\text{H}}^{+}$ 국소적으로 높기 때문에 산성 부위의 이온화를 억제한다.이 현상은 고전적인 도난 ^[28]이론의 예측이다.그러나 정전기의 상호작용으로 인해 그림에는 더 복잡한 문제가 있습니다.인접한 두 개의 초기 충전되지 않은 산성 ${\text{HA}}$ HA $(\$ 의 경우를 고려하십시오. $HA}}$ 는 ${\text{HA}}$ 둘 다 ${\text{A}}^{-}$ 되어 A - ${\$ {\ $text}$ 를 형성합니다. $A$ 두 부위 모두 음전하를 띠기 때문에 고분자의 등뼈를 따라 체인을 늘리기 쉬운 전하 반발이 발생합니다.이 에너지 비용은 탄성 및 정전기적으로 높아 이온화를 억제합니다.이 이온화 억제는 도난 예측과 질적으로 유사하지만 정전기 고려 없이 존재하지 않으며 이온 분할에 관계없이 존재한다.겔 탄성뿐만 아니라 두 효과의 조합에 따라 ^[27]평형 상태에서 겔의 부피가 결정됩니다.결합된 산-염기 평형, 정전학 및 네트워크 탄성의 복잡성으로 인해, 최근에야 이러한 시스템이 ^[27]^[29]컴퓨터 시뮬레이션에서 올바르게 재현되었습니다.

동물성 젤

어떤 종들은 기생충 방제에 효과적인 젤을 분비한다.예를 들어, 긴 지느러미를 가진 파일럿 고래는 이 동물의 바깥 표면에 있는 효소 겔을 분비하여 다른 유기체가 고래의 ^[30]몸 표면에 군집을 형성하지 못하게 합니다.

체내에 자연적으로 존재하는 하이드로겔은 점액, 눈의 유리액, 연골, 힘줄, 혈전을 포함한다.이들의 점탄성 성질은 골격계의 미네랄 기반 경질 조직과는 다른 신체의 연조직 구성 요소를 낳는다.연구자들은 하이드로겔에서 파생된 합성 유도 조직 대체 기술을 임시 이식물(분해성)과 영구 이식물(비분해성) 모두에 대해 적극적으로 개발하고 있습니다.이 주제에 대한 리뷰 기사는 핵맥 치환, 연골 치환 및 합성 조직 ^[31]모델을 위한 하이드로겔의 사용을 논의한다.

적용들

많은 물질은 적절한 증점제 또는 겔화제를 조제식에 첨가하면 겔을 형성할 수 있습니다.이러한 접근 방식은 식품에서 페인트 및 접착제까지 광범위한 제품 제조에서 흔히 볼 수 있습니다.

광섬유통신에서 섬유를 포함한 플라스틱 튜브를 충전하기 위해 점도가 헤어젤과 유사한 연질겔을 사용한다.겔의 주요 목적은 완충 튜브가 뚫렸을 때 수분 침입을 방지하는 것이지만, 설치 중에 튜브가 모서리에 구부러지거나 구부러졌을 때 기계적 손상으로부터 섬유를 완충하는 것입니다.또한 겔은 케이블 구축 시 가공 보조제로 작용하여 튜브 재료가 주위에 압출되는 동안 섬유 중심을 유지한다.

「」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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