Grafenforskere skaber overophedet vand, der kan korrodere diamanter

Et team af forskere fra National University of Singapore (NUS) ledet af professor Loh Kian Ping, Leder af Institut for Kemi ved Det Naturvidenskabelige Fakultet NUS, har med succes ændret vandets egenskaber, gør det ætsende nok til at ætse diamanter. Dette blev opnået ved at sætte et lag af grafen på diamant og opvarme til høje temperaturer. Vandmolekyler fanget mellem dem bliver stærkt ætsende, i modsætning til normalt vand.

Denne nye opdagelse, rapporteret for første gang, har omfattende industrielle anvendelser, fra miljøvenlig nedbrydning af organisk affald til laserassisteret ætsning af halvleder- eller dielektriske film.

Resultaterne blev offentliggjort online i Naturkommunikation den 5. marts 2013 med Candy Lim Yi Xuan, en ph.d. kandidat ved NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering som førsteforfatter.

Når diamant møder grafen

Mens diamant er kendt for at være et materiale med superlative fysiske kvaliteter, lidt er kendt om, hvordan det interfacer med grafen, et etatom tykt stof sammensat af rent kulstof.

Et team af forskere fra NUS, Bruker Singapore og Hasselt University Wetenschapspark i Belgien, forsøgte at udforske, hvad der sker, når et lag af grafen, opfører sig som en blød hinde, er fastgjort på diamant, som også er sammensat af kulstof. For at tilskynde til binding mellem de to ret uens kulstofformer, forskerne opvarmede dem til høje temperaturer.

Ved høje temperaturer, holdet bemærkede en omstrukturering af grænsefladen og den kemiske binding mellem grafen og diamant. Da grafen er et uigennemtrængeligt materiale, vand fanget mellem diamanten og grafen kan ikke undslippe. Ved en temperatur, der er over 400 grader Celsius, det indespærrede vand omdannes til en distinkt superkritisk fase, med forskellig adfærd sammenlignet med normalt vand.

sagde professor Loh, som også er Principal Investigator ved Graphene Research Center på NUS, "Vi viser for første gang, at grafen kan fange vand på diamant, og systemet opfører sig som en 'trykkoger', når det opvarmes. Endnu mere overraskende, vi fandt ud af, at sådan overophedet vand kan korrodere diamant. Dette er aldrig blevet rapporteret."

Industrielle applikationer og ny indsigt

På grund af sin gennemsigtige karakter, grafenboble-på-diamant-platformen giver en ny måde at studere væskers adfærd ved høje tryk og høje temperaturforhold, hvilket traditionelt er svært.

"Anvendelserne fra vores eksperiment er enorme. I industrien, superkritisk vand kan bruges til nedbrydning af organisk affald på en miljøvenlig måde. Vores arbejde kan også anvendes til laserassisteret ætsning af halvleder- eller dielektriske film, hvor grafenmembranen kan bruges til at fange væsker, " uddybede prof Loh.

For at fremme deres forskning, Prof Loh og hans team vil studere den superkritiske adfærd af andre væsker ved høje temperaturer, og stræber efter at udlede en bredere vifte af industrielle applikationer.