Gas giver laser-induceret grafen super egenskaber

Rice University-forskere, der opfandt laser-induceret grafen (LIG) til applikationer som superkondensatorer, har nu fundet ud af en måde at gøre den svampede grafen enten superhydrofob eller superhydrofil.

Indtil for nylig, Rice lab af James Tour lavede kun LIG i fri luft, bruge en laser til at brænde en del af vejen gennem en fleksibel polyimidplade for at få indbyrdes forbundne flager af grafen. Men at sætte polymeren i et lukket miljø med forskellige gasser ændrede produktets egenskaber.

At danne LIG i argon eller hydrogen gør det superhydrofobt, eller vandundgående, en ejendom højt værdsat til at adskille vand fra olie eller afisning af overflader. At danne det i ilt eller luft gør det superhydrofilt, eller vandtiltrækkende, og det gør det meget opløseligt.

Forskningen på Rice og ved Ben-Gurion Universitetet i Israel er genstand for en artikel i Advanced Materials.

"Laboratorier kunne gøre grafen enten hydrofobisk eller hydrofil før, men det involverede flere trin af enten vådkemiske eller kemiske dampaflejringsprocesser, " sagde Tour. "Vi gør dette i ét trin med relativt billige materialer i et hjemmelavet atmosfærekammer."

Laboratorierne fik en bonus, da de opdagede, at fremstilling af LIG i oxygen øgede antallet af defekter - 5- og 7-atom ringe - i grafenflagerne, forbedring af dens kapacitans og ydeevne, når den bruges som et elektrodemateriale til mikrosuperkondensatorer.

Ændringer i det kemiske indhold af gassen og endda ændringer i retningen af ​​laserrastermønsteret ændrede materialet, får forskerne til at tro, at LIG's hydrofobe eller –file egenskaber kunne tunes.

De opdagede også, da de skrabede grafen af ​​et hydrofilt ark af polymer og forvandlede det til en film, resultatet blev i stedet hydrofobisk. "Det får os til at tro, at overfladeorienteringen af ​​LIG's flager har meget at gøre med, hvordan den reagerer med vand, " sagde Tour. "Hvis kanterne er mere udsatte, det ser ud til at være hydrofilt; hvis basalplanerne er mere udsatte, deres hydrofobe egenskaber tager over."

Det, der gør et materiale "super" i begge retninger, er den vinkel, hvormed det møder vand. Et materiale med en kontaktvinkel på 0 grader betragtes som superhydrofilt. I dette tilfælde, vand ville ligge på materialet i en vandpyt. Hvis vinklen er 150 grader eller mere, det er superhydrofobisk; vinklen bestemmes af, hvor meget vandet perler. (En vinkel på 180 grader ville være en kugle, der sidder perfekt oven på LIG.)

Opdagelsen af, at overfladetype og kemi påvirker LIG, skulle også give et vist spillerum til at justere materialets egenskaber, sagde Tour. Faktisk, når de brugte en svovl/fluorgas til at fremstille det, de hævede LIG's superhydrofobicitet til 160 grader.