Objecten gemaakt van grafiet, zoals lithium-ionbatterijen, zijn "hydrofoob, " wat betekent dat ze water "niet leuk" vinden. Decennia lang heeft dit gebrek aan sympathie geleid tot aanzienlijke uitdagingen bij het bouwen van duurzamere technologische apparaten gemaakt met grafiet - tot nu toe.

Het lijkt erop dat eerdere grafietmonsters waarschijnlijk verontreinigd waren door lucht, waardoor de monsters hydrofoob lijken, volgens een studie van de Universiteit van Pittsburgh. Het Pitt-team heeft voor het eerst aangetoond dat deze materialen intrinsiek worden aangetrokken door water of 'hydrofiel' zijn. De bevindingen, gepubliceerd in Natuurmaterialen , hebben bijzondere gevolgen voor lithium-ionbatterijen en supercondensatoren, aangezien beide batterijtypes van deze materialen zijn gemaakt.

"Dit werk zou het fundamentele begrip van de oppervlakte-eigenschappen van deze materialen kunnen veranderen, " zei Lei Li, co-hoofdauteur van het artikel en een assistent-professor binnen Pitt's Swanson School of Engineering. "Deze bevindingen hebben implicaties voor het produceren van sterkere, duurzamere batterijen. En, Hopelijk, het zal ook belangrijk zijn voor de fabricage van apparaten in verschillende nanotechnologiegebieden."

Het was voormalig niet-gegradueerde technische student Rebecca McGinley (ENG '12) die de inconsistente resultaten opmerkte met betrekking tot het "bevochtigingsgedrag" van het oppervlak of de reactie op water, duwen het team om de vreemde verschijnselen verder te onderzoeken. Ze vonden dat, wanneer grafiet en grafeen worden blootgesteld aan lucht, een dunne laag koolwaterstof (een verbinding die volledig uit waterstof en koolstof bestaat) verontreinigde snel het oppervlak. Met behulp van infraroodspectroscopie en röntgenfoto-elektronspectroscopie, het team was in staat om deze koolwaterstoflaag te "zien", wijzend op het hydrofobe karakter ervan. Echter, toen het team warmte gebruikte om deze verontreinigende laag te verwijderen, het oppervlak werd hydrofiel.

"Plastic en andere soorten materialen stoten koolwaterstoffen uit in de lucht, " zei Haitao Liu, co-hoofdauteur van het artikel en een assistent-professor in Pitt's Department of Chemistry binnen de Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. "En dit is geen factor geweest in eerdere voorbeeldexperimenten. In het verleden, de onderzoeksgemeenschap geloofde dat grafiet niet van water hield, mogelijk omdat hun monsters altijd besmet waren; de besmetting gebeurt meestal binnen 10 minuten."

Liu en Li zeggen dat deze bevochtigbaarheid van invloed kan zijn op de hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen in dergelijke apparaten die lithium-ionbatterijen of supercondensatoren gebruiken. Het team zal nu vervolgonderzoeken uitvoeren om de oorsprong van hun waarnemingen te begrijpen en te onderzoeken hoe het beheersen van deze bevochtigbaarheid van invloed kan zijn op sommige toepassingen van grafiet (bijv. smering en energieopslag).