Grafenoxid, ett enatomärt material tillverkat genom att reagera grafitpulver med starka oxidationsmedel, har väckt stort intresse från forskare på grund av dess förmåga att enkelt konvertera till grafen - ett mycket studerat material som forskare tror skulle kunna användas för att producera kolbaserad transparent och flexibel elektronik till låg kostnad.

Men till Jiaxing Huang, biträdande professor i materialvetenskap och teknik, och hans forskargrupp vid McCormick School of Engineering and Applied Science vid Northwestern University, grafenoxid i sig är ännu mer intressant. Huang och hans grupp har studerat materialet i flera år och har upptäckt hur man sätter ihop dessa mjuka lakan som flytande näckrosdynor. De använde också en kamerablixt för att förvandla dem till grafen, och uppfann en fluorescenssläckningsteknik för att göra dem synliga under mikroskop.

Nu, arbetar med Kenneth R. Shull, professor i materialvetenskap och teknik, de har upptäckt att grafenoxidskivor beter sig som ytaktiva ämnen, kemikalierna i tvål och schampo som gör att fläckar sprids i vatten. Teamets resultat publiceras online i Journal of the American Chemical Society .

Grafenoxid har varit känt i den vetenskapliga världen i mer än ett sekel och beskrevs till stor del som hydrofil, eller attraherad av vatten. Men Huang och hans forskargrupp tyckte att grafenoxid borde vara amfifil, en egenskap hos ytaktiva ämnen som både kan attrahera och stöta bort vatten, eftersom en del av grafenoxidstrukturen faktiskt är vattenavvisande.

"Vi ser grafenoxid som ett mjukt material, " säger Huang. "Till exempel, det är i huvudsak tvådimensionella polymerer som består av kol, väte och syre. De är också kolloidala partiklar med mycket exotiska former."

För att testa deras hypotes, Huang och hans grupp lade grafenoxid i kolsyrat vatten. De fann att lakanen kan lifta på de stigande bubblorna för att nå vattenytan - precis som ett ytaktivt ämne skulle göra. Därefter fann de att grafitoxid kan sprida oljedroppar i vatten - precis som ett ytaktivt ämne skulle göra.

Denna nya insikt om en grundläggande egenskap hos materialet, enligt Huang, är viktigt för att förstå hur grafenoxid bearbetas och hanteras. Det kan leda till nya applikationer för materialet.

Dess ytaktiva egenskaper gör att den kan användas som dispergeringsmedel för olösliga material, som kolnanorör. Vanliga ytaktiva ämnen är icke-ledande, så när det används som ett dispergeringsmedel för ledande material, de måste tas bort från materialet. Grafitoxid, som förvandlas till att leda grafen genom uppvärmning, skulle faktiskt hjälpa konduktiviteten.

Det ytaktiva beteendet inspirerade till en annan spännande upptäckt - att vattenytan kan fungera som ett filter för att separera grafenoxidark efter storlek.

"Ju mindre arket är, ju mer vattenliknande den blir, så till slut kommer det att sjunka ner i vatten, " säger Huang. Denna effekt gör det lättare att skörda stora ark grafenoxid, som är mer användbara för tillverkning av grafenanordningar.