Forskere opdager nye egenskaber ved verdens tyndeste materiale

grafenoxid, et enkelt-atomart-lags materiale fremstillet ved at reagere grafitpulver med stærke oxidationsmidler, har tiltrukket sig stor interesse fra videnskabsmænd på grund af dets evne til nemt at konvertere til grafen - et stærkt undersøgt materiale, som videnskabsmænd mener kunne bruges til at producere billig kulstofbaseret gennemsigtig og fleksibel elektronik.

Men til Jiaxing Huang, assisterende professor i materialevidenskab og teknik, og hans forskningsgruppe ved McCormick School of Engineering and Applied Science ved Northwestern University, grafenoxid i sig selv er endnu mere interessant. Huang og hans gruppe har studeret materialet i årevis og har opdaget, hvordan man samler disse bløde lagner som flydende åkander. De brugte også en kamerablitz til at forvandle dem til grafen, og opfandt en fluorescens-quenching-teknik for at gøre dem synlige under mikroskoper.

Nu, arbejder sammen med Kenneth R. Shull, professor i materialevidenskab og teknik, de har opdaget, at grafenoxidplader opfører sig som overfladeaktive stoffer, kemikalierne i sæbe og shampoo, der får pletter til at spredes i vand. Holdets resultater offentliggøres online i Journal of the American Chemical Society .

Grafenoxid har været kendt i den videnskabelige verden i mere end et århundrede og blev stort set beskrevet som hydrofilt, eller tiltrukket af vand. Men Huang og hans forskergruppe mente, at grafenoxid skulle være amfifil, en egenskab ved overfladeaktive stoffer, der både kan tiltrække og afvise vand, fordi en del af grafenoxidstrukturen faktisk er vandafvisende.

"Vi ser grafenoxid som et blødt materiale, Huang siger. "F.eks. det er i det væsentlige todimensionelle polymerer sammensat af kulstof, brint og oxygen. De er også kolloide partikler med meget eksotiske former."

For at teste deres hypotese, Huang og hans gruppe puttede grafenoxid i kulsyreholdigt vand. De fandt ud af, at arkene kan blaffe på de stigende bobler for at nå vandoverfladen - ligesom et overfladeaktivt stof ville gøre. Dernæst fandt de ud af, at grafitoxid kan sprede oliedråber i vand - ligesom et overfladeaktivt stof ville.

Denne nye indsigt i en grundlæggende egenskab ved materialet, ifølge Huang, er vigtig for at forstå, hvordan grafenoxid behandles og håndteres. Det kan føre til nye anvendelser af materialet.

Dens overfladeaktive egenskaber betyder, at den kan bruges som et dispergeringsmiddel for uopløselige materialer, som kulstof nanorør. Almindelige overfladeaktive stoffer er ikke-ledende, så når det bruges som et dispergeringsmiddel til ledende materialer, de skal fjernes fra materialet. Grafitoxid, som bliver til at lede grafen gennem opvarmning, ville faktisk hjælpe ledningsevnen.

Den overfladeaktive adfærd inspirerede til en anden spændende opdagelse - at vandoverfladen kan fungere som et filter til at adskille grafenoxidplader efter størrelse.

"Jo mindre arket er, jo mere vandagtigt bliver det, så til sidst vil det synke ned i vand, " siger Huang. Denne effekt gør det lettere at høste store plader af grafenoxid, som er mere nyttige til fremstilling af grafenenheder.