Il Quantum Detection Group del National Physical Laboratory (NPL) ha appena pubblicato una ricerca sull'idrofobicità del grafene epitassiale, che potrebbe essere utilizzato in futuro per adattare meglio i rivestimenti in grafene alle applicazioni in medicina, elettronica e altro. Contrariamente a credenze ampiamente diffuse, i risultati indicano che l'idrofobicità del grafene è fortemente dipendente dallo spessore, con il grafene a strato singolo che è significativamente più idrofilo rispetto alle sue controparti più spesse.

Il grafene è un cristallo bidimensionale di carbonio, con molte potenziali applicazioni come l'elettronica flessibile, transistor efficienti e nuovi sensori. Per incoraggiare l'assorbimento del grafene per applicazioni elettriche, devono essere affrontate le sfide della produzione su larga scala e del controllo delle sue proprietà in una varietà di condizioni ambientali.

Molti dispositivi a base di grafene dovranno funzionare in condizioni ambientali in cui l'umidità è diversa da zero e non monitorata. L'umidità dell'aria può influenzare le prestazioni del grafene attraverso cambiamenti nelle sue proprietà meccaniche ed elettriche:è quindi di fondamentale importanza conoscere l'affinità dell'acqua del grafene.

Il nuovo studio, condotto in collaborazione con il Laboratorio Ricerche Navali, affronta la questione molto dibattuta se il grafene sia idrofobo o idrofilo. L'assunto comune è che il grafene, come con molti altri materiali a base di carbonio, è idrofobo. Questo lavoro, pubblicato sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano , ha dimostrato che la questione è molto più complicata di quanto si pensasse a prima vista.

Le proprietà di adesione e attrito del grafene a strato singolo e doppio sono state studiate utilizzando la microscopia a forza chimica con una sonda idrofobica, una variante della microscopia a forza atomica in cui un substrato viene studiato utilizzando le forze tra una sonda e una superficie. È stata misurata una forza di adesione maggiore tra la sonda e il grafene a doppio/triplo strato rispetto al grafene a strato singolo, mostrando che il grafene a doppio/triplo strato è più idrofobo. Ciò suggerisce che l'idrofobicità dipende dallo spessore degli strati di grafene.

Questi risultati sono stati ulteriormente confermati dalla mappatura su nanoscala delle forze di attrito:i domini idrofobici hanno mostrato una forza di attrito inferiore, un risultato coerente con il fatto che i diversi livelli di idrofobicità tendono ad influenzare la disposizione delle molecole d'acqua circostanti e, a sua volta, il movimento di scorrimento della punta della sonda.

Le tecniche dimostrate da NPL potrebbero essere utilizzate in futuro per approfondire la nostra comprensione del comportamento di bagnatura del grafene, con una particolare attenzione agli effetti dei diversi metodi di produzione del grafene. In particolare, apre la strada alla differenziazione dei rivestimenti a base di grafene e alla loro adattabilità a un'applicazione specifica.

Per esempio, rivestimenti più spessi (grafene a doppio strato o più) sono ideali per applicazioni idrofobiche, come apparecchiature mediche e componenti elettronici. D'altra parte, i rivestimenti in grafene a strato singolo potrebbero essere utilizzati dove è richiesta una superficie idrofila, come ad esempio nei vetri antiappannamento e nei rivestimenti per edifici.