L'incredibile elettrico, proprietà ottiche e di resistenza del grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo, sono stati ampiamente studiati nell'ultimo decennio. Recentemente, il materiale è stato studiato come rivestimento in grado di conferire conduttività elettrica mantenendo altre proprietà del materiale sottostante.

Ma la "trasparenza" di un tale rivestimento di grafene alla bagnatura - una misura del grado in cui i liquidi si diffondono o si accumulano su una superficie - non è così assoluta come pensavano alcuni ricercatori. Una nuova ricerca al MIT mostra che per i materiali con bagnabilità intermedia, il grafene preserva le proprietà del materiale sottostante. Ma per casi più estremi:superfici superidrofobiche, che respingono intensamente l'acqua, o superidrofili, che causano la diffusione dell'acqua:uno strato aggiuntivo di grafene cambia in modo significativo il comportamento dei materiali rivestiti.

È importante, perché questi casi estremi sono generalmente di grande interesse. Per esempio, rivestire un materiale superidrofobo con grafene è stato visto come un possibile modo per realizzare circuiti elettronici che sarebbero stati protetti da cortocircuiti e corrosione in acqua. Ma non è così semplice, la nuova ricerca mostra.

I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Lettere di revisione fisica dai professori Daniel Blankschtein e Michael Strano, studente laureato Chih-Jeh Shih, e altri tre postdoc e studenti del MIT.

Blankschtein, l'Herman P. Meissner '29 Professore di Ingegneria Chimica, ha studiato a lungo le proprietà bagnanti. Non aveva precedentemente esaminato il grafene, ma ha deciso di esplorarne la bagnabilità ora che è un materiale di grande interesse per i ricercatori.

Poiché la trasparenza del grafene alla bagnabilità si è rivelata non perfetta, Blankschtein dice, "questo risultato può essere visto come un risultato negativo." Ma, Aggiunge, "è tuttavia estremamente importante per la comunità scientifica, perché [mostra] cosa può essere effettivamente realizzato in pratica."

La maggior parte dei materiali elettricamente conduttivi, fa notare, sono idrofili:l'acqua si diffonde facilmente su di essi, bagnando accuratamente la superficie. "D'altra parte, " lui dice, "per molte applicazioni elettroniche e militari, è importante fabbricare idrofobi, superfici elettricamente conduttive." E mentre la trasparenza del grafene alla bagnabilità non è perfetta, potrebbe essere ancora abbastanza buono per tali applicazioni, lui dice.

Questa ricerca, che includeva sia modelli teorici che conferme sperimentali, mostra che depositando un grande foglio di grafene, cresciuto da un processo chiamato deposizione chimica da vapore, sulla superficie di un altro materiale, "sarebbe possibile indurre conduttività elettrica sulla superficie, preservando parzialmente il comportamento di bagnatura superficiale desiderato, " dice Blankschtein. Infatti, Aggiunge, l'angolo di contatto di una tale superficie - la misura di quanto bene impedisce la bagnatura - "si crede che sia uno dei più alti ottenibili su un piano, superficie elettricamente conduttiva fino ad oggi."

Shih, l'autore principale dell'articolo, dice, "Abbiamo dimostrato che la bagnabilità di un trasparente, superficie rivestita di grafene può essere manipolata senza compromettere la sua conduttività termica/elettrica." È utile perché "in generale, le superfici conduttive hanno una bagnabilità molto elevata a causa della loro elevata tensione superficiale, ed è generalmente molto difficile produrre una superficie termicamente/elettricamente conduttiva con bagnabilità sintonizzabile", bagnabilità che può essere controllata quasi a piacimento.

Il team descrive questa trasmissione parziale delle caratteristiche sottostanti come "traslucenza, "piuttosto che trasparenza, di bagnabilità.

Selezionando una particolare combinazione di un materiale sottostante con un rivestimento in grafene, diverse combinazioni di elettrico, si possono ottenere caratteristiche ottiche e bagnanti, Shih afferma:"Le persone possono controllare le proprietà di bagnatura del substrato... questa scoperta disaccoppia con successo la conduttività e la bagnabilità di un materiale".

Cosa c'è di più, questo apre nuove possibilità per dispositivi pratici, perché i materiali coinvolti sono già ampiamente utilizzati nell'industria, Shih afferma:"Grazie alla sua compatibilità con i processi dei semiconduttori odierni, molte interessanti opportunità possono essere perseguite nei settori della microelettronica, trasferimento di calore su scala nanometrica e dispositivi microfluidici, per progettare contemporaneamente la bagnabilità desiderata, trasferimento di calore e trasporto elettronico."

Blankschtein sottolinea che oltre alle potenziali applicazioni, "Sono entusiasta di questo da un punto di vista fondamentale". Mostra, lui dice, che "non puoi presumere di poter semplicemente prendere un substrato e far cadere grafene su di esso senza perturbare il comportamento di bagnatura". Comprendendo questo comportamento complesso, "possiamo imparare a trarne vantaggio."