Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben door doping geïnduceerde afstembare bevochtiging en hechting van grafeen aangetoond, onthullende nieuwe en unieke mogelijkheden voor geavanceerde coatingmaterialen en transducers.

"Onze studie suggereert dat de door doping geïnduceerde modulatie van de ladingsdragerdichtheid in grafeen de bevochtigbaarheid en adhesie beïnvloedt, " legde SungWoo Nam uit, een assistent-professor bij de afdeling Mechanical Science and Engineering in Illinois. "Dit werk onderzoekt dit nieuwe, door doping geïnduceerde, afstembare bevochtigingsfenomeen dat uniek is voor grafeen en mogelijk andere 2D-materialen in complementair theoretisch en experimenteel onderzoek."

grafeen, optisch transparant zijn en superieure elektrische en mechanische eigenschappen bezitten, kan een revolutie teweegbrengen op het gebied van oppervlaktecoatings en electrowetting-displays, volgens de onderzoekers. De bevochtigbaarheid van een materiaal (d.w.z. interactie met water) is typisch constant in afwezigheid van externe invloeden en wordt geclassificeerd als waterminnend (hydrofiel) of waterafstotend (hydrofoob; waterdruppels aan het oppervlak). Afhankelijk van de specifieke toepassing, een keuze tussen hydrofoob of hydrofiel materiaal is vereist. Voor electrowetting-displays, bijvoorbeeld, de hydrofiele eigenschappen van displaymateriaal worden verbeterd met behulp van een constante extern opgedrukte elektrische stroom.

"Wat grafeen speciaal maakt, is dat, in tegenstelling tot conventionele bulkmaterialen, het vertoont afstembare oppervlaktebevochtigingskenmerken als gevolg van een verandering in de elektronendichtheid, of door doping, " zei Ali Ashraf, een afgestudeerde student-onderzoeker en eerste auteur van het artikel, "Doping-geïnduceerde afstembare bevochtigbaarheid en hechting van grafeen, " verschijnen in Nano-letters . "Onze samenwerkende onderzoeksteams hebben ontdekt dat, hoewel grafeen zich typisch gedraagt ​​als een hydrofoob materiaal (vanwege de aanwezigheid van sterk vastgehouden luchtverontreiniging op het oppervlak), de hydrofobiciteit ervan kan gemakkelijk worden veranderd door de elektronendichtheid te veranderen.

"Onze studie toont aan dat grafeen afstembare bevochtigbaarheid vertoont - schakelbaar hydrofoob en hydrofiel gedrag - wanneer de elektronendichtheid wordt veranderd door ondergronds geladen polymeren en metalen (ook wel doping genoemd), " Ashraf toegevoegd. "Deze bevinding werpt licht op eerdere onduidelijke verbanden tussen ladingsoverdracht op kwantumniveau en macroscopische oppervlaktebevochtiging voor grafeen. Deze opwindende bevinding opent nieuwe deuren naar mogelijkheden voor afstembare oppervlaktecoating en electrowetting-displays zonder continue externe elektrische stroomtoevoer, wat zich zal vertalen in aanzienlijke energiebesparingen."

"In aanvulling, we hebben een andere nauw verwante eigenschap onderzocht:oppervlaktehechting, " zei Nam. "We hebben waargenomen dat veranderingen in de elektronendichtheid van grafeen leiden tot een verandering in adhesie, die bepaalt hoe grafeen interageert met andere hydrofobe en hydrofiele moleculen, wat belangrijk is voor op grafeen gebaseerde chemische en biosensoren. Onze bevinding suggereert dat het mogelijk is om herbruikbare, zelfreinigende grafeensensoren die eerst kunnen interageren met hydrofobe moleculen voor detectie, en scheidt zich dan van hen (d.w.z. reinigt zichzelf) door verbeterde hydrofiliciteit via elektronendichtheidsmodulatie."

Opmerking:de auteurs merken op dat dit werk onafhankelijk soortgelijke bevindingen aantoont en ondersteunt die zijn gerapporteerd in Hong et al. (DOI:10.1021/acs.nanolet.6b01594), met door doping geïnduceerde bevochtigbaarheidsmodulatie van grafeen.