Gli scienziati della Rice University che hanno inventato il grafene indotto dal laser (LIG) per applicazioni come i supercondensatori hanno ora trovato un modo per rendere il grafene spugnoso superidrofobo o superidrofilo.

Fino a poco tempo fa, il laboratorio Rice di James Tour ha fatto LIG solo all'aria aperta, utilizzando un laser per bruciare parte del percorso attraverso un foglio di poliimmide flessibile per ottenere scaglie di grafene interconnesse. Ma mettere il polimero in un ambiente chiuso con vari gas ha cambiato le proprietà del prodotto.

La formazione di LIG in argon o idrogeno lo rende superidrofobo, o evitando l'acqua, una proprietà molto apprezzata per separare l'acqua dall'olio o dalle superfici antigelo. Formandolo in ossigeno o aria lo rende superidrofilo, o che attira l'acqua, e questo lo rende altamente solubile.

La ricerca alla Rice e alla Ben-Gurion University in Israele è oggetto di un paper in Advanced Materials.

"Prima i laboratori potevano rendere il grafene idrofobo o idrofilo, ma ha coinvolto più fasi di processi di deposizione di vapore chimico o chimico umido, "Ha detto Tour. "Stiamo facendo questo in un unico passaggio con materiali relativamente economici in una camera d'atmosfera fatta in casa".

I laboratori hanno ottenuto un vantaggio quando hanno scoperto che la fabbricazione di LIG in ossigeno aumentava il numero di difetti - anelli da 5 e 7 atomi - nei fiocchi di grafene, migliorando la sua capacità e le sue prestazioni quando viene utilizzato come materiale per elettrodi per microsupercondensatori.

I cambiamenti nel contenuto chimico del gas e persino i cambiamenti nella direzione del pattern raster laser hanno alterato il materiale, portando i ricercatori a credere che le proprietà idrofobiche o –file di LIG potrebbero essere sintonizzate.

Hanno anche scoperto quando hanno raschiato via il grafene da un foglio di polimero idrofilo e l'hanno trasformato in una pellicola, il risultato era invece idrofobico. "Questo ci porta a credere che l'orientamento superficiale dei fiocchi di LIG abbia molto a che fare con il modo in cui reagisce con l'acqua, " disse Tour. "Se i bordi sono più esposti, sembra essere idrofilo; se i piani basali sono più esposti, le loro proprietà idrofobiche prendono il sopravvento."

Ciò che rende un materiale "super" in entrambe le direzioni è l'angolo con cui incontra l'acqua. Un materiale con un angolo di contatto di 0 gradi è considerato superidrofilo. In questo caso, l'acqua si sarebbe depositata sul materiale in una pozzanghera. Se l'angolo è di 150 gradi o più, è superidrofobico; l'angolo è determinato dalla quantità di gocce d'acqua. (Un angolo di 180 gradi sarebbe una sfera perfettamente posizionata sopra LIG.)

La scoperta che il tipo di superficie e la chimica influiscono sul LIG dovrebbe anche consentire un certo margine di manovra nella regolazione delle proprietà del materiale, Tour ha detto. Infatti, quando hanno usato un gas di zolfo/fluoro per farlo, hanno portato la superidrofobicità di LIG a 160 gradi.