石墨烯对水是透明的
2019/09/09
在一片硅上和在由石墨烯层覆盖的硅上的水滴显示出水和基础材料之间的接触角的最小变化。 莱斯大学和伦斯勒理工学院的研究人员确定,当应用于大多数金属和硅时,单层石墨烯对水是透明的。
新闻来源 Scitech Daily
石墨烯是已知最薄的材料。 事实上,根据一项新的研究,它是如此之薄,以至于当使用单层石墨烯覆盖硅或大多数金属时,水基本上是不可见的。 水表现得好像石墨烯层根本不存在。
莱斯大学莱斯大学的研究表明,石墨烯可以增强许多材料,但是它们可以润湿。 简而言之,石墨烯在很大程度上对眼睛是透明的,事实证明,它对水很大程度上是透明的。
莱斯大学和伦斯勒理工学院(RPI)的科学家们进行的一项新研究表明,当用一层连续的石墨烯包覆时,金,铜和硅就像湿润一样。
本周在Nature Materials网络版上报道的这项研究对于学习微调表面涂层以适应各种应用的科学家来说非常重要。
“极薄的石墨烯使其成为一种完全无创的涂层,”Rice的Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson机械工程和材料科学与化学教授Pulickel Ajayan说。 “坐在表面上的水滴'透过'石墨烯层,并符合下面表面所指示的润湿力。 这是一个在任何其他涂料中看不到的非常有趣的现象,再一次证明石墨烯在许多不同的方面都是独一无二的。“Ajayan是RPI机械,航空航天和核工程教授Nikhil Koratkar研究的联合首席研究员。
Ajayan说,典型的石墨表面,即最常被称为铅笔芯的碳形式,应该是疏水的。 但在目前的研究中,研究人员惊讶地发现,单晶原子厚的碳晶格层在水和亲水爱好的表面之间存在微不足道的屏障。 在更多层上堆积可减少润湿; 在大约六层,石墨烯基本上变成石墨。
Ajayan说,该研究的一个有趣的方面可能是在保持润湿特性的同时改变导电性等表面特性的能力。 他说,由于纯石墨烯具有高导电性,因此这一发现可能会产生一类新的导电但不渗透的表面涂层。
需要注意的是,仅在表面(大多数金属和硅)上观察到润湿透明度,其中与水的相互作用主要是弱范德华力,而不是像玻璃这样的材料,其中润湿性主要是强化学键合,研究小组报道。
但据报道,这种应用如冷凝传热 - 加热,冷却,除湿,集水和许多工业过程中不可或缺的 - 可能会从这一发现中获益匪浅。 铜通常用于其高导热性,但容易腐蚀。 该团队用单层石墨烯涂覆铜样品,发现亚纳米级屏障保护铜免受氧化,不会影响其与水的相互作用; 事实上,它将铜的热效率提高了30%至40%。
“从基本观点和实际应用来看,这一发现很有意思,”Ajayan说。 “石墨烯可以作为一种涂层,可以保留表面的固有物理性质,如润湿性和光学性能,同时改变其他特殊功能,如导电性。”
该论文的合着者是赖斯研究生Hemtej Gullapalli,RPI研究生Javad Rafiee,Xi Mi,Abhay Thomas和Fazel Yavari,以及RPI材料科学与工程助理教授Shifeng Shi。
先进能源联盟,国家科学基金会和海军研究办公室石墨烯MURI计划资助了该研究。
Image Credit: Rahul Rao/Rensselaer Polytechnic Institute