Una tecnica per studiare il comportamento di bagnatura dell'acqua sul fosforene, la forma a strato singolo di fosforo nero, è stata sviluppata dai ricercatori di A*STAR che cercano di comprendere meglio le proprietà che potrebbero consentire le sue applicazioni commerciali.

fosforene, a differenza di altri materiali 2-D comunemente usati, come il grafene e il bisolfuro di molibdeno, possiede anisotropia strutturale, in cui mostra proprietà fisiche diverse lungo assi in direzioni diverse. Questa proprietà potrebbe consentire la fabbricazione di fosforene con bagnabilità regolabile per l'uso nelle scienze biologiche. Eppure fino ad ora, si sapeva poco del comportamento di bagnatura di questo materiale.

Per realizzare il potenziale del fosforene, però, richiede una conoscenza approfondita di come interagisce con biomolecole e fluidi. Questo ha spinto Chen Shuai, e colleghi dell'A*STAR Institute of High Performance Computing per sviluppare una tecnica per studiare le caratteristiche di bagnatura delle gocce d'acqua sul fosforene.

I ricercatori hanno studiato l'angolo di contatto, una misura della forza relativa dell'interazione tra il fosforene e le gocce d'acqua, che ne determina le caratteristiche di bagnabilità. Molte proprietà del fosforene, come band gap elettronico e adsorbimento atomico/molecolare, sono dipendenti dallo strato, quindi hanno anche considerato il comportamento di bagnatura sul fosforene multistrato.

Per fare ciò, hanno prima utilizzato simulazioni di dinamica molecolare per osservare gli effetti delle diverse dimensioni delle gocce e il numero di strati di fosforene sull'angolo di contatto.

Poiché il fosforene ha una forte anisotropia strutturale, hanno anche esplorato il comportamento di diffusione delle goccioline d'acqua sul fosforene, con e senza difetti, per il loro effetto sull'angolo di contatto.

"L'angolo di contatto di una goccia d'acqua sul fosforene è importante per le applicazioni biologiche del fosforene, " spiega Chen. "Perché è una proprietà intrinseca, abbiamo studiato l'effetto della dimensione delle gocce d'acqua, numero di strati di fosforene, e la distribuzione dei difetti sull'angolo di contatto sia del fosforene incontaminato che di quello difettoso."

"Abbiamo scoperto che l'angolo di contatto diminuiva quando il numero di strati di fosforene aumentava da uno a tre, ma poi convergeva ad un valore costante quando il numero di strati era maggiore di tre, " dice Chen. "I risultati per il fosforene difettoso dimostrano che l'angolo di contatto lungo direzioni diverse aumenta con l'aumentare della concentrazione del difetto".

Il lavoro dimostra che la proprietà bagnante del fosforene è sintonizzabile con il numero di strati e la distribuzione dei difetti, che sono fondamentali per manipolare la bagnatura dell'acqua e l'assorbimento di proteine ​​su dispositivi a base di fosforene per l'uso in applicazioni biologiche e nanofluidiche.

"Sulla base di questi risultati della nostra ricerca, intendiamo ora esplorare l'interazione del fosforene con le biomolecole in un ambiente acquatico, "dice Chen.