I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno dimostrato la bagnabilità e l'adesione sintonizzabili indotte dal doping del grafene, rivelando nuove e uniche opportunità per materiali di rivestimento e trasduttori avanzati.

"Il nostro studio suggerisce che la modulazione indotta dal drogaggio della densità dei portatori di carica nel grafene influenza la sua bagnabilità e adesione, " ha spiegato SungWoo Nam, un assistente professore presso il Dipartimento di Scienze e Ingegneria Meccanica dell'Illinois. "Questo lavoro indaga questo nuovo fenomeno di bagnatura sintonizzabile indotto dal doping che è unico per il grafene e potenzialmente altri materiali 2D in indagini teoriche e sperimentali complementari".

Grafene, essendo otticamente trasparente e in possesso di proprietà elettriche e meccaniche superiori, può rivoluzionare i campi dei rivestimenti superficiali e dei display elettrobagnanti, secondo i ricercatori. La bagnabilità di un materiale (ovvero l'interazione con l'acqua) è tipicamente costante in assenza di influenze esterne e sono classificate come amanti dell'acqua (idrofili) o idrorepellenti (idrofobici; l'acqua si accumula sulla superficie). A seconda dell'applicazione specifica, è necessaria una scelta tra materiale idrofobo o idrofilo. Per i display elettrowetting, Per esempio, le caratteristiche idrofile del materiale espositivo vengono esaltate con l'ausilio di una corrente elettrica costante impressa esternamente.

"Ciò che rende speciale il grafene è che, a differenza dei materiali sfusi convenzionali, mostra caratteristiche di bagnabilità superficiale sintonizzabili a causa di un cambiamento nella sua densità elettronica, o per doping, " disse Ali Ashraf, uno studente laureato ricercatore e primo autore dell'articolo, "Bagnabilità e adesione del grafene indotte dal doping, " che appare in Nano lettere . "I nostri team di ricerca collaborativa hanno scoperto che mentre il grafene si comporta tipicamente come un materiale idrofobo (a causa della presenza di una forte contaminazione aerotrasportata sulla sua superficie), la sua idrofobicità può essere facilmente modificata modificando la densità elettronica.

"Il nostro studio mostra che il grafene dimostra una bagnabilità sintonizzabile - comportamento idrofobico e idrofilo commutabile - quando la sua densità elettronica viene modificata da polimeri e metalli caricati sotto la superficie (nota anche come doping), " Ashraf ha aggiunto. "Questa scoperta fa luce sui precedenti collegamenti poco chiari tra il trasferimento di carica a livello quantistico e la bagnabilità macroscopica della superficie per il grafene. Questa scoperta entusiasmante apre nuove porte di possibilità per il rivestimento superficiale sintonizzabile e gli schermi elettrobagnanti senza alimentazione continua di corrente elettrica esterna, che si tradurrà in un notevole risparmio energetico."

"Inoltre, abbiamo studiato un'altra proprietà strettamente correlata:adesione superficiale, " Ha detto Nam. "Abbiamo osservato che i cambiamenti nella densità elettronica del grafene portano a un cambiamento nell'adesione, che determina come il grafene interagisce con altre molecole idrofobe e idrofile, che è importante per prodotti chimici e biosensori a base di grafene. La nostra scoperta suggerisce che è possibile rendere riutilizzabili, sensori di grafene autopulenti che possono prima interagire con molecole idrofobe per il rilevamento, e poi si separa da loro (cioè si pulisce da solo) grazie a una maggiore idrofilia attraverso la modulazione della densità elettronica."

Nota:gli autori notano che questo lavoro dimostra in modo indipendente e supporta ulteriormente risultati simili riportati in Hong et al. (DOI:10.1021/acs.nanolett.6b01594), che mostra la modulazione della bagnabilità del grafene indotta dal doping.