I rivestimenti in grafene possono offrire la capacità di controllare il processo di evaporazione dell'acqua da varie superfici, secondo nuove ricerche.

Lo studio, condotto da un team dell'Accademia cinese delle scienze e del Collaborative Innovation Center of Quantum Matter (Pechino), ha esaminato le interazioni delle molecole d'acqua con varie superfici ricoperte di grafene.

È pubblicato oggi sulla rivista Materiali 2-D .

L'autore principale Dr. Yongfeng Huang, dell'Accademia cinese delle scienze, ha dichiarato:"L'evaporazione delle gocce d'acqua è un fenomeno onnipresente e complicato, e svolge un ruolo fondamentale nella natura e nell'industria. Comprendendo il suo meccanismo su scala atomica, e controllare razionalmente la velocità di evaporazione è importante per applicazioni che includono il trasferimento di calore e il controllo della temperatura corporea. Però, rimane una sfida significativa".

Gli esperimenti del team hanno mostrato che un rivestimento in grafene controlla l'evaporazione dell'acqua sopprimendo il tasso di evaporazione sulle superfici idrofile, e accelerando l'evaporazione su quelli idrofobici.

Il dottor Huang ha detto:"Ancora più importante, abbiamo scoperto che il grafene è "trasparente" per l'evaporazione. Quando una superficie idrofila è ricoperta di grafene, la linea di contatto della goccia d'acqua è notevolmente accorciata o allungata, a causa della regolazione degli angoli di bagnatura. Questo porta a cambiamenti nel tasso di evaporazione".

I ricercatori volevano capire la "trasparenza" nell'evaporazione mediata dal grafene, e scoprire la sua struttura sottostante su scala atomica. Per fare questo, hanno condotto simulazioni di dinamica molecolare sull'evaporazione delle gocce d'acqua, su superfici con e senza rivestimento in grafene.

Per la prima volta, hanno identificato il meccanismo su scala atomica per gli eventi di evaporazione indotti dal substrato. Hanno scoperto che la molecola d'acqua forma uno stato precursore sulla linea di contatto prima che evapori.

Il Dr. Huang ha spiegato:"Ulteriori analisi hanno mostrato che la densità dell'acqua negli stati di transizione di evaporazione è maggiore alla linea di contatto, poi decresce esponenzialmente man mano che si allontana dal substrato. Il singolo desorbimento dell'acqua sulla linea di contatto domina il processo di evaporazione delle gocce. Poiché il grafene non altera l'energia di legame di una singola molecola d'acqua, ha effetti trascurabili sull'evaporazione di per linea di contatto.

"I nostri risultati sono un'importante scoperta sull'evaporazione mediata dal grafene, e indicano anche nuovi modi per controllare razionalmente il processo di evaporazione, per applicazioni realistiche nel trasferimento di calore, stampa e aree correlate."

Il professor James Sprittles dell'Università di Warwick, Il Regno Unito ha valutato il lavoro. Ha detto:"Utilizzando esperimenti integrati con simulazioni di dinamica molecolare, Il dott. Huang e i suoi collaboratori hanno fornito affascinanti informazioni sui meccanismi molecolari che regolano l'evaporazione delle goccioline d'acqua su substrati rivestiti di grafene tecnologicamente rilevanti.

"La loro ricerca mostra che la bagnabilità è l'unica responsabile delle variazioni del tasso di evaporazione, e contemporaneamente apre diversi argomenti interessanti per la ricerca futura, come il modo in cui gli effetti molecolari (ad esempio i nanofilm precursori e le fluttuazioni termiche) possono essere incorporati nella modellazione macroscopica."