Vindrutor som släpper ut vatten så effektivt att de inte behöver torkare. Fartygsskrov så hala att de glider genom vattnet mer effektivt än vanliga skrov.
Det här är några av de potentiella tillämpningarna för grafen, ett av de hetaste nya materialen inom nanoteknikområdet, uppfostrad av James Dickersons forskning, biträdande professor i fysik vid Vanderbilt.
Dickerson och hans kollegor har kommit på hur man skapar en fristående film av grafenoxid och ändrar dess ytråhet så att den antingen får vatten att pärla sig och rinner av eller får det att spridas ut i ett tunt lager.
"Grafenfilmer är transparenta och eftersom de är gjorda av kol, de är väldigt billiga att göra, "Dickerson sa. "Tekniken som vi använder kan snabbt skalas upp för att producera den i kommersiella kvantiteter."
Hans tillvägagångssätt dokumenteras i en artikel publicerad online av tidskriften ACS Nano den 26 nov.
Grafen består av ark av kolatomer ordnade i ringar - ungefär som molekylär kycklingtråd. Detta är inte bara ett av de tunnaste materialen som är möjliga, men det är 10 gånger starkare än stål och leder elektricitet bättre vid rumstemperatur än något annat känt material. Grafens exotiska egenskaper har väckt brett vetenskapligt intresse, men Dickerson är en av de första som undersöker hur det interagerar med vatten.
Många forskare som studerar grafen gör det med en torr metod, kallad "mekanisk klyvning, " som går ut på att gnugga eller skrapa grafit mot en hård yta. Tekniken ger ark som är både extremt tunna och extremt ömtåliga. Dickersons metod kan producera ark lika tunna men betydligt starkare än de som görs med andra tekniker. Den används redan kommersiellt för att producera en mängd olika beläggningar och keramik. Känd som elektroforetisk deposition, denna "våta" teknik kombinerar ett elektriskt fält i ett flytande medium för att skapa nanopartikelfilmer som kan överföras till en annan yta.
Dickerson och hans kollegor fann att de kunde ändra sättet på vilket grafenoxidpartiklarna samlas till en film genom att variera pH-värdet i det flytande mediet och den elektriska spänningen som används i processen. Ett par inställningar lägger ner partiklarna i ett "matta"-arrangemang som skapar en nästan atomärt slät yta. Ett annat par inställningar gör att partiklarna klumpar sig till små "tegelstenar" som bildar en ojämn yta. Forskarna fastställde att mattans yta gör att vatten sprider sig i ett tunt lager, medan tegelytan får vatten att pärla sig och rinna av.
Dickerson följer ett tillvägagångssätt som kan skapa film som förbättrar dessa vattenrelaterade egenskaper, vilket gör dem ännu mer effektiva för att antingen sprida ut vatten eller få det att pärla ihop sig och rinna av. Det finns ett stort akademiskt och kommersiellt intresse för utvecklingen av beläggningar med dessa förbättrade egenskaper, kallas superhydrofob och superhydrofil. Potentiella applikationer sträcker sig från självrengörande glasögon och kläder till anti-imbildningsytor till korrosionsskydd och snölastskydd på byggnader. Dock, effektiv, låg kostnad och hållbara beläggningar har ännu inte tagit sig ur laboratoriet.
Dickersons idé är att tillämpa sin grundläggande procedur på "fluorographene" – en fluorerad version av grafen som är en tvådimensionell version av Teflon – nyligen producerad av Kostya S. Novoselov och Andre K. Geim vid University of Manchester, som fick Nobelpriset 2010 för upptäckten av grafen. Normal fluorografen under spänning borde vara betydligt effektivare för att stöta bort vatten än grafenoxid. Så det finns en god chans att en "tegel"-version och en "matta"-version skulle ha extrema vattenrelaterade effekter, Dickerson -figurer.
