Графен является гидрофильным, а не гидрофобным

Rost9 / Shutterstock.com

Исследователи давно думали, что графен, уникальная форма углерода, отталкивает воду, свойство, известное как гидрофобное.

Однако новое исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials показало, что графен, плавающий на воде, фактически привлекает его, то есть графен на самом деле «гидрофильный».

Изготовлен из графита, типа углеродного волокна в карандашах, графен – это один атом толщиной с сотовой молекулярной структурой, и его уникальный состав придает ему глубокие качества. Исследователи, вероятно, полагали, что графен является гидрофобным, потому что графит является гидрофобным и все же последние исследования дали смешанные результаты о взаимодействиях графена и воды.

В новом исследовании ученые-материалисты из Лейденского университета в Нидерландах обнаружили, что внешность графена является гидрофильной, учитывая, что поверхность воды чистая и гладкая. Это открытие особенно примечательно для потенциальных применений графена, заявила исследовательская группа. Крайне тонкая и уникальная структура Graphene делает его хорошо подходящим для использования в широком спектре применений, в том числе в качестве биосенсоров для расшифровки генетического материала, фильтров для воды, мембран топливных элементов и пуленепробиваемой брони. Во многих из этих приложений графен будет подвергаться воздействию воды с обеих сторон.

Способ, которым графен, как правило, спроектирован, создан на металле и размещен на твердой подложке, такой как кремниевая пластина, вероятно, способствовал убеждению, что он водоотталкивающий, говорится в исследовании. Во время переноса графен может стать поврежденным или загрязненным, что может повлиять на поведение смачивания, что вызвало это недавно опубликованное исследование.

Чтобы убедиться, что внешность неповрежденного слоя графена является гидрофильной, исследователи исследовали помещение капельки воды на образец. Затем команда посмотрела на кривизну капли, чтобы увидеть, является ли поверхность графена водоотталкивающей или привлекает воду. Поскольку «тяжелая» капелька воды может разорвать тонкий сверхтонкий слой графена, исследователи использовали лед или гидрогель для поддержки своего образца графена.

В дополнение к измерению угла контакта между капелькой воды и слоем графена голландская исследовательская группа также проверила другие жидкости с различной полярностью. В конце концов исследователи пришли к выводу, что все молекулярные взаимодействия воды влияют на молекулы воды в капле над графеном. Исследователи заявили, что этот результат обусловлен крайней утонченностью графена, и он разъясняет, почему графен является гидрофильным на воде.

Исследовательская группа добавила, что их работа может иметь серьезные последствия для использования графена в приложениях, ориентированных на воду. Инженеры, которые хотят использовать свойства графена, должны будут подумать о совершенно новой отправной точке; графен гидрофильный, а не гидрофобный.

Новое голландское исследование приходит по пятам из предыдущего доклада, выходящего из Бразилии, в котором обсуждались яростные споры о дефектах графена, которые могут повлиять на его взаимодействие с водой. Исследования структурных дефектов со стороны нескольких исследователей, использующих разные модели, дали неоднозначные результаты, что привело к некоторым спорам. Бразильское исследование пришло к выводу, что выстроено со всеми теоретическими моделями и совместимо с экспериментальными результатами.

Противоречие касалось вакансии, созданной удалением одного атома углерода из графенового листа, что создает слабый или сильный магнитный момент; и сила магнитного взаимодействия между вакансиями. Эта вакансия приводит к тому, что окружающие атомы реорганизуются в новые комбинации, чтобы компенсировать недостающий атом, создавая электронные кластеры, называемые «плавающие орбитали» в вакансии.

Бразильская команда смогла разрешить конкурирующие результаты, объединив два метода расчета из квантовой механики: метод Хартри-Фока (HF) и функционал плотности (DFT). Используя компьютерные модели, гибридный подход дал тот же результат для всех моделей, используемых для описания дефектов графена, и соответствовал экспериментальным данным из различных исследований.

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат авторам, выраженным в их личном качестве, и не обязательно представляют мнение AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого сайта. Это отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Source link