Tanszékünkön az utóbbi években került elõtérbe olyan reakció-diffúzió rendszerek kutatása, melyekben ionok együttes koncentráció- és elektromos potenciál gradiens hatására történõ vándorlását vizsgáljuk hidrogél közegben. A gél –esetünkben polivinil-alkohol (PVA) gél– megakadályozza az elektrolit áramlását, de a kémiai reakció, diffúzió és ionvándorlás majdnem akadálytalanul végbemehet benne. Ezekben a rendszerekben érdekes nemlineáris jelenségek lépnek fel. Sav- ás lúgoldatot összekötõ gél áram-feszültség karakterisztikája dióda-jellegû lesz („elektrolit dióda”), mivel a kívülrõl rákapcsolt feszültség polaritásától függõen a gélt vagy jó vezetõképességû sóoldat tölti ki (nyitó irány), vagy ezek az ionok kiszorulnak a gélbõl, és abban kialakul egy ionokban szegény nagy impedanciájú zóna, amelyben még a H⁺ és OH^- ionok is rekombinálódnak (záró irány).

 A polarizációs görbét jól leírják a Nernst-Planck egyenletek a nyitó irányban, de záró irányban kvantitatív eltérések mutatkoznak: a mért karakterisztika meredeksége nagyság-rendekkel nagyobb a számítottnál, ha feltételezzük, hogy a gél kémiailag tökéletesen inert közeg. Az eltérés viszont magyarázható azzal a feltételezéssel, hogy a gél fixált ionokat tartalmaz kis koncentrációban, és azok mozgékony ellenionjai okozzák az áram növekedését. A fixált töltések létezésének bizonyítására többféle kísérleti rendszert is létrehoztunk [1]. Legérdekesebb talán az, amikor két különböz[ koncentrációjú sóoldatot összekötõ gél karakterisztikáját vizsgáljuk. Ez a rendszer is diódaként viselkedik, és karakterisztikájából egyszerûen meghatározható a gél töltése is. Ez a módszer alkalmas tetszõleges (savban ill. lúgban nem stabil) gél töltéskoncentrációjának meghatározására kis töltéskoncentráció esetén is.

Két elektrolit dióda megfelelõ csatolásával elektrolit tranzisztort is sikerült létrehoznunk. Érdekes, hogy míg a sav-lúg-sav tranzisztor egyszerû erõsítõként viselkedik, a lúg-sav-lúg tranzisztorban áramoszcillációk lépnek fel. Ennek az instabilitásnak az oka az lehet, hogy egy elektrolit dióda áram-feszültség karakterisztikájában bistabilitást lehet megfigyelni, ha a savoldalhoz sóoldatot adagolunk különbözõ koncentrációban. Ennek a bistabilitásnak a magyarázata azonban még nyitott kérdés, ezzel kapcsolatban további kísérleteket folytatunk [2].

[1] K. Iván, N. Kirschner, M. Wittmann, P.L. Simon, V. Jakab, Z. Noszticzius, J. H. Merkin, S.K. Scott: „Direct evidence for fixed ionic groups in the hydrogel of an electrolyte diode”, Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 1339-47 (2002)
[2] M. Wittmann: „New types of electrolyte diodes with charged hydrogels”,
elõadás az „Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems” c. Gordon konferencián, 2002. júl. 28. – aug. 2., Oxford, Anglia