Gli scienziati del Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti hanno spostato le goccioline di liquido utilizzando lunghi gradienti chimici formati sul grafene. Il cambiamento nella concentrazione di fluoro o ossigeno formato utilizzando un semplice processo a base di plasma spinge o tira gocce d'acqua o simulante di agente nervino attraverso la superficie. Questo nuovo risultato offre potenziali applicazioni che vanno dall'elettronica ai risonatori meccanici ai sensori bio/chimici.

Gli scienziati della NRL hanno dimostrato che è possibile creare un gradiente chimico sul grafene, che spinge o tira piccole gocce di liquido. I gradienti nella bagnabilità di un materiale sono ampiamente presenti in natura, come il famoso effetto foglia di loto o nelle ragnatele. I ricercatori che studiano questi effetti hanno scoperto che per essere utile, la pendenza deve essere particolarmente liscia senza difetti che possano impigliare la goccia d'acqua. L'effetto è stato ottenuto in precedenza con grandi molecole o polimeri, ma non con il grafene, uno strato di carbonio spesso solo un atomo. La flessibilità chimica di quel carbonio ha permesso di creare gradienti sia di ossigeno che di fluoro. La resistenza meccanica del grafene significa che questi gradienti chimici supportati dal grafene potrebbero essere trasferiti su molte superfici diverse. Combinato, questi vantaggi forniscono potenziali innovazioni nella progettazione di dispositivi per applicazioni che vanno dalla microfluidica al rilevamento. La ricerca appare nel 25 giugno, 2013, numero della rivista ACS Nano .

La creazione dei gradienti chimici richiede un tocco delicato. Mentre il grafene è un materiale robusto, è ancora spesso solo un atomo:una reazione troppo energica può farlo a pezzi. La soluzione ideale era utilizzare una tecnologia di lavorazione al plasma brevettata dall'NRL in grado di produrre i necessari modelli chimici su scala di wafer se combinata con una maschera fisica. Qui, la maschera era un baldacchino che pendeva sopra il grafene, ma lo proteggeva solo parzialmente dal plasma. Spostando la chioma più in alto o allungandola si creano diversi gradienti, che sono puliti e lisci senza ulteriori passaggi di lavorazione.

"La bellezza di questo approccio è la capacità di produrre rapidamente gradienti chimici di una scala desiderata o costruire matrici di più gradienti su ampie aree di superficie. Questa combinazione è molto desiderabile se si considera la fabbricazione su larga scala di dispositivi, " ha detto Scott Walton, capo della sezione Applicazioni al plasma presso l'NRL. "Una proprietà interessante del grafene è che può essere trasferito su molti substrati diversi, " nota il coautore Paul Sheehan, della divisione chimica dell'NRL. "In linea di principio, si potrebbe creare questo gradiente chimico su molti substrati diversi, qualcosa che è stato difficile datare."

Il team di ricerca ha prodotto e testato due diversi gradienti chimici e poi li ha testati utilizzando due liquidi, acqua e dimetil-metilfosfonato (un agente nervino simulante). Per entrambi i liquidi, un gradiente di gruppi funzionali dell'ossigeno ha spinto le gocce di liquido verso l'aumento della concentrazione di ossigeno. Un gradiente di fluoro ha fatto esattamente l'opposto, spingendo la goccia verso la diminuzione del fluoro. La direzione del movimento è ampiamente attribuita agli spostamenti dell'energia superficiale sulle superfici funzionalizzate.

Guardare avanti, il gruppo crede che i gradienti chimici potrebbero essere usati per spingere goccioline più piccole e forse anche singole molecole. La capacità di spostare liquidi o adsorbati attraverso la superficie fornisce funzionalità aggiuntive nella progettazione di dispositivi per applicazioni che vanno dalla microfluidica al rilevamento chimico. "Modifiche superficiali ben controllate forniscono la possibilità di manipolare gli attributi del materiale localmente, affrontando individualmente i componenti sensoriali e trasduttori di un materiale ibrido, che offrono una gamma di opportunità in una varietà di applicazioni, "dice Sandra Hernandez, il ricercatore postdottorato NRC-NRL che ha progettato, fabbricato, e caratterizzato i gradienti. "Puoi immaginare che questi film aiutino a decontaminare un edificio o dei vestiti tirando l'agente verso un assorbitore o un catalizzatore che li scompone, " aggiunge il dottor Sheehan. "In alternativa, potrebbe agire come una parabola radar per un sensore tirando tutti gli agenti in una vasta area verso un piccolo, sensore di bassa potenza."