Il grafene che galleggia sull'acqua non respinge l'acqua, come credono molti ricercatori, ma piuttosto lo attrae. Ciò è stato dimostrato dai chimici Liubov Belyaeva e Pauline van Deursen e dal loro supervisore Grégory F. Schneider. Lo studio è pubblicato su Materiale avanzato .

Il grafene è costituito dallo stesso materiale della grafite – che si trova ad esempio nelle matite – motivo per cui per molto tempo si è ipotizzato che, come la grafite, il grafene è idrorepellente. Una differenza fondamentale rispetto alla grafite è che il grafene non ha più di un singolo atomo di spessore.

Gli studi sul grafene hanno dato origine a idee diverse sulle sue proprietà bagnanti. I ricercatori di Leida hanno ora scoperto che la superficie del grafene sull'acqua, purché sia ​​pulito e liscio, è idrofilo. In altre parole, il grafene nell'acqua attira l'acqua.

Questa intuizione è molto significativa per le future applicazioni del grafene. Il suo sottile strato atomico di atomi di carbonio, disposti in una struttura a nido d'ape, rendere il materiale adatto all'uso nei biosensori per decodificare il DNA. Questo materiale ultrasottile può essere utilizzato anche in sensori, filtrazione dell'acqua e membrane delle celle a combustibile. In tutti questi casi, uno strato di grafene è esposto all'acqua su entrambi i lati.

Per molto tempo, si credeva che il grafene fosse idrofobo, o idrorepellente. I ricercatori presumono che ciò sia dovuto al fatto che il grafene viene generalmente prodotto su una superficie metallica e viene successivamente trasferito su un supporto solido come un wafer di silicio. Durante questo processo di trasferimento, però, il grafene può danneggiarsi o contaminarsi, che possono influenzare il comportamento di bagnatura.

Per determinare se la superficie di uno strato intatto di grafene è idrofila, sullo strato deve essere introdotta una goccia d'acqua. È quindi possibile determinare dalla curvatura della goccia se la superficie è idrorepellente, proprio come un impermeabile, o se attira l'acqua. Tanto per la teoria, perché in pratica una tale gocciolina strapperà immediatamente il sottile strato di grafene, con conseguente crepe, dopo di che non resta molto da misurare.

I ricercatori hanno risolto questo problema utilizzando ghiaccio o idrogel invece dell'acqua come strato di supporto. Il ghiaccio e l'idrogel sono molto più forti e sono buoni imitatori dell'acqua. I ricercatori sono stati quindi in grado di introdurre minuscole goccioline d'acqua sul grafene e misurare l'angolo di contatto tra la superficie del grafene e l'esterno della gocciolina. Hanno anche ripetuto le misurazioni utilizzando altri liquidi con polarità diversa. Sono stati quindi in grado di determinare che tutte le interazioni molecolari dell'acqua sottostante sono percepite dalle molecole d'acqua nella gocciolina sopra. Questa completa trasparenza è la conseguenza dell'estrema sottigliezza del grafene, e spiega perché il grafene è idrofilo sull'acqua.

Questa scoperta ha un grande impatto sulle applicazioni del grafene nei sensori, filtrazione dell'acqua, e celle a combustibile a membrana, tutti caratterizzati da grafene esposto all'acqua. Gli sviluppatori dovranno considerare un punto di partenza completamente diverso, vale a dire che il grafene con cui lavorano non è idrofobo, ma idrofilo.