De Quantum Detection Group van het National Physical Laboratory (NPL) heeft zojuist onderzoek gepubliceerd naar de hydrofobiciteit van epitaxiaal grafeen. die in de toekomst kunnen worden gebruikt om grafeencoatings beter af te stemmen op toepassingen in de geneeskunde, elektronica en meer. In tegenstelling tot wijdverbreide overtuigingen, de bevindingen geven aan dat de hydrofobiciteit van grafeen sterk afhankelijk is van de dikte, waarbij enkellaags grafeen aanzienlijk meer hydrofiel is dan zijn dikkere tegenhangers.

Grafeen is een tweedimensionaal kristal van koolstof, met veel potentiële toepassingen zoals flexibele elektronica, efficiënte transistoren en nieuwe sensoren. Om de opname van grafeen voor elektrische toepassingen aan te moedigen, de uitdagingen van grootschalige productie en controle van de eigenschappen ervan onder verschillende omgevingsomstandigheden moeten worden aangepakt.

Veel op grafeen gebaseerde apparaten zullen moeten werken in omgevingscondities waar de luchtvochtigheid niet nul is en niet wordt gecontroleerd. Luchtvochtigheid kan de prestaties van grafeen beïnvloeden door veranderingen in de mechanische en elektrische eigenschappen - het is daarom van cruciaal belang om kennis te verkrijgen van de wateraffiniteit van grafeen.

De nieuwe studie, uitgevoerd in samenwerking met het Naval Research Laboratory, gaat in op de veelbesproken vraag of grafeen hydrofoob of hydrofiel is. De algemene aanname is dat grafeen, zoals bij veel andere op koolstof gebaseerde materialen, is hydrofoob. Dit werk, gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano , heeft bewezen dat de vraag veel gecompliceerder is dan eerst werd gedacht.

De adhesie- en wrijvingseigenschappen van enkel- en dubbellaags grafeen werden bestudeerd met behulp van chemische krachtmicroscopie met een hydrofobe sonde - een variant van atomaire krachtmicroscopie waarbij een substraat wordt bestudeerd met behulp van de krachten tussen een sonde en een oppervlak. Er werd een grotere adhesiekracht gemeten tussen de sonde en dubbel / drielaags grafeen in vergelijking met enkellaags grafeen, wat aantoont dat dubbel/drielaags grafeen meer hydrofoob is. Dit suggereert dat de hydrofobiciteit afhangt van de dikte van grafeenlagen.

Deze resultaten werden verder bevestigd door het in kaart brengen van wrijvingskrachten op nanoschaal:hydrofobe domeinen vertoonden een lagere wrijvingskracht, een resultaat dat consistent is met het feit dat de verschillende niveaus van hydrofobiciteit de neiging hebben om de rangschikking van omringende watermoleculen te beïnvloeden en, beurtelings, de glijdende beweging van de sondepunt.

De technieken die door NPL zijn gedemonstreerd, kunnen in de toekomst worden gebruikt om ons begrip van het bevochtigingsgedrag van grafeen te vergroten, met een bijzondere focus op de effecten van verschillende productiemethoden voor grafeen. Vooral, het maakt de weg vrij om op grafeen gebaseerde coatings te onderscheiden en aan te passen aan een specifieke toepassing.

Bijvoorbeeld, dikkere coatings (dubbellaags grafeen of meer) zijn ideaal voor hydrofobe toepassingen, zoals medische apparatuur en elektronische componenten. Anderzijds, enkellaagse grafeencoatings kunnen worden gebruikt waar een hydrofiel oppervlak vereist is, zoals bijvoorbeeld in anti-condens glas en coatings voor gebouwen.