grafeen oxide, een enkel-atomisch gelaagd materiaal gemaakt door grafietpoeders te laten reageren met sterke oxidatiemiddelen, heeft veel belangstelling van wetenschappers getrokken vanwege het vermogen om gemakkelijk om te zetten in grafeen - een veel bestudeerd materiaal waarvan wetenschappers denken dat het kan worden gebruikt om goedkope, op koolstof gebaseerde transparante en flexibele elektronica te produceren.

Maar aan Jiaxing Huang, assistent-professor materiaalkunde en techniek, en zijn onderzoeksgroep aan de McCormick School of Engineering and Applied Science aan de Northwestern University, grafeenoxide zelf is nog interessanter. Huang en zijn groep hebben het materiaal jarenlang bestudeerd en ontdekt hoe ze deze zachte platen kunnen assembleren als drijvende waterlelies. Ze gebruikten ook een cameraflits om ze in grafeen te veranderen, en vond een fluorescentie-uitdovingstechniek uit om ze zichtbaar te maken onder microscopen.

Nutsvoorzieningen, werken met Kenneth R. Shull, hoogleraar materiaalkunde en techniek, ze hebben ontdekt dat grafeenoxidevellen zich gedragen als oppervlakteactieve stoffen, de chemicaliën in zeep en shampoo die ervoor zorgen dat vlekken zich in water verspreiden. De resultaten van het team worden online gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Grafeenoxide is in de wetenschappelijke wereld al meer dan een eeuw bekend en werd grotendeels beschreven als hydrofiel, of aangetrokken tot water. Maar Huang en zijn onderzoeksgroep dachten dat grafeenoxide amfifiel moest zijn, een eigenschap van oppervlakteactieve stoffen die zowel water kunnen aantrekken als afstoten, omdat een deel van de grafeenoxidestructuur eigenlijk waterafstotend is.

"We zien grafeenoxide als een zacht materiaal, " zegt Huang. "Bijvoorbeeld, het zijn in wezen tweedimensionale polymeren bestaande uit koolstof, waterstof en zuurstof. Het zijn ook colloïdale deeltjes met zeer exotische vormen."

Om hun hypothese te testen, Huang en zijn groep deden grafeenoxide in koolzuurhoudend water. Ze ontdekten dat de vellen op de stijgende bellen kunnen liften om het wateroppervlak te bereiken - net zoals een oppervlakteactieve stof zou doen. Vervolgens ontdekten ze dat grafietoxide oliedruppels in water kan verspreiden - net zoals een oppervlakteactieve stof dat zou doen.

Dit nieuwe inzicht in een fundamentele eigenschap van het materiaal, volgens Huang, is belangrijk om te begrijpen hoe grafeenoxide wordt verwerkt en verwerkt. Het kan leiden tot nieuwe toepassingen van het materiaal.

Dankzij de oppervlakteactieve eigenschappen kan het worden gebruikt als dispergeermiddel voor onoplosbare materialen, zoals koolstof nanobuisjes. Veelvoorkomende oppervlakteactieve stoffen zijn niet-geleidend, dus bij gebruik als dispergeermiddel voor geleidende materialen, ze moeten uit het materiaal worden verwijderd. Grafiet oxide, dat door verhitting in geleidend grafeen verandert, zou de geleidbaarheid juist helpen.

Het gedrag van oppervlakteactieve stoffen inspireerde tot een andere opwindende ontdekking - dat wateroppervlak kan dienen als een filter voor het scheiden van grafeenoxidevellen op grootte.

"Hoe kleiner het blad, hoe meer water-like het wordt, dus uiteindelijk zal het in het water zinken, ", zegt Huang. Dit effect maakt het gemakkelijker om grote vellen grafeenoxide te oogsten, die nuttiger zijn voor de fabricage van grafeenapparaten.