Een team van onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) onder leiding van professor Loh Kian Ping, Afdelingshoofd Scheikunde van de NUS-faculteit Bètawetenschappen, heeft met succes de eigenschappen van water veranderd, waardoor het corrosief genoeg is om diamanten te etsen. Dit werd bereikt door een laag grafeen op diamant te bevestigen en tot hoge temperaturen te verhitten. Watermoleculen die ertussen zitten, worden zeer corrosief, in tegenstelling tot normaal water.

Deze nieuwe ontdekking, voor het eerst gemeld, heeft brede industriële toepassingen, van milieuvriendelijke afbraak van organisch afval tot lasergeassisteerd etsen van halfgeleider- of diëlektrische films.

De bevindingen werden online gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 5 maart 2013 met mevrouw Candy Lim Yi Xuan, een doctoraat kandidaat aan de NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering als eerste auteur.

Wanneer diamant grafeen ontmoet

Hoewel bekend is dat diamant een materiaal is met superieure fysieke kwaliteiten, er is weinig bekend over hoe het zich verhoudt tot grafeen, een stof van één atoom dik, samengesteld uit zuivere koolstof.

Een team van wetenschappers van NUS, Bruker Singapore en het Wetenschapspark van de Universiteit Hasselt in België, wilden onderzoeken wat er gebeurt als een laag grafeen, zich gedragen als een zacht membraan, is bevestigd op diamant, die ook uit koolstof bestaat. Om binding tussen de twee nogal ongelijke koolstofvormen aan te moedigen, de onderzoekers verwarmden ze tot hoge temperaturen.

Bij verhoogde temperaturen, het team merkte een herstructurering op van het grensvlak en de chemische binding tussen grafeen en diamant. Omdat grafeen een ondoordringbaar materiaal is, water dat opgesloten zit tussen de diamant en het grafeen kan niet ontsnappen. Bij een temperatuur boven de 400 graden Celsius, het ingesloten water verandert in een duidelijke superkritische fase, met ander gedrag in vergelijking met normaal water.

zei professor Loh, die ook hoofdonderzoeker is bij het Graphene Research Center van NUS, "We laten voor het eerst zien dat grafeen water op diamant kan vasthouden, en het systeem gedraagt ​​zich bij verwarming als een 'snelkookpan'. Nog verrassender, we ontdekten dat dergelijk oververhit water diamant kan aantasten. Dit is nooit gemeld."

Industriële toepassingen en nieuwe inzichten

Door het transparante karakter het grafeen bubble-on-diamond-platform biedt een nieuwe manier om het gedrag van vloeistoffen bij hoge druk en hoge temperatuur te bestuderen, wat traditioneel moeilijk is.

"De toepassingen van ons experiment zijn enorm. In de industrie, superkritisch water kan op een milieuvriendelijke manier worden gebruikt voor de afbraak van organisch afval. Ons werk kan ook van toepassing zijn op het lasergeassisteerd etsen van halfgeleider- of diëlektrische films, waar het grafeenmembraan kan worden gebruikt om vloeistoffen op te vangen, ’ legde Prof Loh uit.

Om hun onderzoek voort te zetten, Prof Loh en zijn team zullen het superkritische gedrag van andere vloeistoffen bij hoge temperaturen bestuderen, en streven naar een breder scala aan industriële toepassingen.