Forskere demonstrerer indstillelig befugtning og vedhæftning af grafen

Forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har påvist doping-induceret tunable befugtning og adhæsion af grafen, afslører nye og unikke muligheder for avancerede belægningsmaterialer og transducere.

"Vores undersøgelse tyder på, at den doping-inducerede modulation af ladningsbærerens tæthed i grafen påvirker dets befugtningsevne og adhæsion, " forklarede SungWoo Nam, en adjunkt ved Institut for Mekanisk Videnskab og Teknik i Illinois. "Dette arbejde undersøger dette nye doping-inducerede tunable befugtningsfænomen, som er unikt for grafen og potentielt andre 2D-materialer i komplementære teoretiske og eksperimentelle undersøgelser."

grafen, være optisk gennemsigtig og have overlegne elektriske og mekaniske egenskaber, kan revolutionere områderne overfladebelægning og elektrobefugtningsskærme, ifølge forskerne. Et materiales befugtningsevne (dvs. interaktion med vand) er typisk konstant i fravær af ydre påvirkning og klassificeres som enten vandelskende (hydrofil) eller vandafvisende (hydrofob; vand perler op på overfladen). Afhængigt af den specifikke applikation, et valg mellem enten hydrofobt eller hydrofilt materiale er påkrævet. Til elektrobefugtningsskærme, for eksempel, displaymaterialets hydrofile egenskaber forbedres ved hjælp af en konstant eksternt påtrykt elektrisk strøm.

"Det, der gør grafen speciel, er, at i modsætning til konventionelle bulkmaterialer, den udviser afstembare overfladebefugtningsegenskaber på grund af en ændring i dens elektrontæthed, eller ved doping, " sagde Ali Ashraf, en kandidatstuderende forsker og første forfatter af papiret, "Doping-induceret afstembar befugtning og vedhæftning af grafen, " dukker op i Nano bogstaver . "Vores samarbejdende forskerhold har opdaget, at mens grafen typisk opfører sig som et hydrofobt materiale (på grund af tilstedeværelsen af ​​kraftig luftbåren forurening på overfladen), dens hydrofobicitet kan let ændres ved at ændre elektrondensiteten.

"Vores undersøgelse viser, at grafen demonstrerer justerbar befugtning - omskiftelig hydrofob og hydrofil adfærd - når dets elektrontæthed ændres af underjordiske ladede polymerer og metaller (a.k.a. doping), Ashraf tilføjede. "Dette fund kaster lys over tidligere uklare forbindelser mellem ladningsoverførsel på kvanteniveau og makroskopisk overfladebefugtning for grafen. Denne spændende opdagelse åbner nye døre med mulighed for tunbar overfladebelægning og elektrobefugtningsskærme uden kontinuerlig ekstern elektrisk strømforsyning, hvilket vil udmønte sig i betydelige energibesparelser."

"Ud over, vi undersøgte en anden nært beslægtet egenskab - overfladeadhæsion, " sagde Nam. "Vi observerede ændringer i elektrontæthed af grafen fører til en ændring i adhæsion, som bestemmer, hvordan grafen interagerer med andre hydrofobe og hydrofile molekyler, hvilket er vigtigt for grafen-baserede kemikalier og biosensorer. Vores fund tyder på, at det er muligt at gøre genanvendelige, selvrensende grafensensorer, der først kan interagere med hydrofobe molekyler til detektion, og derefter adskilles fra dem (dvs. renser sig selv) ved øget hydrofilicitet via elektrontæthedsmodulation."

Bemærk:Forfatterne bemærker, at dette arbejde uafhængigt demonstrerer og yderligere understøtter lignende resultater rapporteret i Hong et al. (DOI:10.1021/acs.nanolett.6b01594), viser doping-induceret befugtningsmodulation af grafen.