Wetenschappers van Rice University die laser-geïnduceerd grafeen (LIG) uitvonden voor toepassingen zoals supercondensatoren, hebben nu een manier bedacht om het sponsachtige grafeen superhydrofoob of superhydrofiel te maken.

Tot voor kort, het Rice lab van James Tour maakte LIG alleen in open lucht, een laser gebruiken om een ​​deel van de weg door een flexibel polyimidevel te branden om onderling verbonden grafeenvlokken te krijgen. Maar door het polymeer in een gesloten omgeving met verschillende gassen te plaatsen, veranderden de eigenschappen van het product.

De vorming van LIG in argon of waterstof maakt het superhydrofoob, of water vermijden, een eigenschap die zeer gewaardeerd wordt voor het scheiden van water van olie of het ontdooien van oppervlakken. Door het in zuurstof of lucht te vormen, wordt het superhydrofiel, of wateraantrekkend, en dat maakt het zeer oplosbaar.

Het onderzoek aan Rice en aan de Ben-Gurion University in Israël is het onderwerp van een paper in Advanced Materials.

"Labs konden grafeen eerder hydrofoob of hydrofiel maken, maar het omvatte meerdere stappen van zowel nat-chemische als chemische dampafzettingsprocessen, Tour zei. "We doen dit in één stap met relatief goedkope materialen in een zelfgemaakte sfeerkamer."

De laboratoria kregen een bonus toen ze ontdekten dat het fabriceren van LIG in zuurstof het aantal defecten - 5- en 7-atoomringen - in de grafeenvlokken verhoogde, het verbeteren van de capaciteit en de prestaties bij gebruik als elektrodemateriaal voor microsupercondensatoren.

Veranderingen in de chemische inhoud van het gas en zelfs veranderingen in de richting van het laserrasterpatroon veranderden het materiaal, wat de onderzoekers ertoe bracht te geloven dat de hydrofobe of -fiele eigenschappen van LIG zouden kunnen worden aangepast.

Ze ontdekten ook toen ze grafeen van een hydrofiele laag polymeer schraapten en er een film van maakten, het resultaat was in plaats daarvan hydrofoob. "Dat doet ons geloven dat de oppervlakteoriëntatie van LIG's vlokken veel te maken heeft met hoe het reageert met water, " zei Tour. "Als de randen meer zichtbaar zijn, het lijkt hydrofiel te zijn; als de basale vlakken meer worden blootgesteld, hun hydrofobe eigenschappen nemen het over."

Wat een materiaal in beide richtingen "super" maakt, is de hoek waaronder het water ontmoet. Een materiaal met een contacthoek van 0 graden wordt als superhydrofiel beschouwd. In dit geval, water zou in een plas op het materiaal liggen. Als de hoek 150 graden of meer is, dat is superhydrofoob; de hoek wordt bepaald door hoeveel de waterparels. (Een hoek van 180 graden zou een bol zijn die perfect bovenop LIG zit.)

De ontdekking dat het oppervlaktetype en de chemie LIG beïnvloeden, zou ook enige speelruimte moeten bieden bij het aanpassen van de eigenschappen van het materiaal, zei toer. In feite, toen ze een zwavel/fluorgas gebruikten om het te maken, ze verhoogden de superhydrofobiciteit van LIG tot 160 graden.