Графен змусили полюбити воду за допомогою лазера і газу

Вчені з Університету Райса розробили технологію і лабораторну установку, яка дозволяє за допомогою лазера створювати графенові структури і за допомогою використання різних газів регулювати їх ставлення до води від супергідрофільного до супергідрофобного. Дослідження опубліковано в журналі.

Залежно від того, змочуються матеріали водою чи ні, їх відносять до гідрофільних і гідрофобних. Ступінь гідрофільності матеріалу визначається за крайовим кутом змочування між рідиною і твердою поверхнею. Якщо цей кут близько до 0 градусів, така поверхня називається супергідрофільною, якщо більше 150 градусів - супергідрофобною.

Ці властивості рідин використовуються в багатьох областях техніки, наприклад, у мікрофлюїдних чіпах, в яких є безліч каналів для проходження рідини.

Вчені знайшли відносно простий спосіб контролювати ставлення графена до води. Спочатку, в 2014 році група дослідників представила технологію отримання графена з полімерної плівки. Вчені опромінювали поліімідну плівку лазерним променем, і в точці контакту променя з плівкою полімер перетворювався на пористу структуру, що складається з безлічі окремих, хаотично розташованих одноатомних листів графена. Таким чином можна отримувати графенові структури заданої форми, наприклад електричні контакти, оскільки графен проводить струм.

У роботі 2014 року вчені отримували графен на повітрі. Однак згодом вони вирішили вивчити вплив різних газів на властивості одержуваного матеріалу. Дослідники виявили, що в атмосфері аргону або водню отриманий лазером графен має супергідрофобні властивості, а на повітрі або під дією чистого кисню супергідрофільні. Дослідження структури показало явну кореляцію гідрофільності з кількістю кисню в кінцевому матеріалі. Це пояснюється тим, що зв'язки між вуглецем і киснем більш полярні, ніж зв'язки типу вуглець-вуглець і вуглець-водень.

Вчені зібрали лабораторну установку, яка дозволила використовувати отримані дані для створення гібридного матеріалу з протилежним ставленням до води в різних його ділянках. Через камеру розміром у кілька сантиметрів продувався газ. У камері було виконано отвір для лазерного променя, яке було ізольовано за допомогою віконця з прозорого селенида цинку.

Процес створення матеріалу був таким: в камеру поміщалася полімерна плівка, подавався газ і лазер перетворював обрані області на гідрофобні або гідрофільні, залежно від поданого газу. Для того, щоб показати можливість суміщення супергідрофобних і супергідрофільних властивостей в одному матеріалі вчені «намалювали» супергідрофільний логотип свого університету на супергідрофобному тлі.

Дослідники вважають, що їхня технологія дозволить легко створювати матеріали для систем поділу води, антиоблідовних поверхонь і навіть суперконденсаторів.

У 2016 році фізики розробили матеріал, який змінює змочуваність і адгезійні властивості під дією електричного струму.