Ett team av forskare från National University of Singapore (NUS) ledd av professor Loh Kian Ping, Chef för institutionen för kemi vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, har framgångsrikt förändrat vattnets egenskaper, vilket gör den tillräckligt frätande för att etsa diamanter. Detta uppnåddes genom att fästa ett lager av grafen på diamant och upphettas till höga temperaturer. Vattenmolekyler som fångas mellan dem blir mycket frätande, till skillnad från vanligt vatten.
Denna nya upptäckt, rapporterade för första gången, har omfattande industriella tillämpningar, från miljövänlig nedbrytning av organiskt avfall till laserassisterad etsning av halvledar- eller dielektriska filmer.
Fynden publicerades online i Naturkommunikation den 5 mars 2013 med Candy Lim Yi Xuan, en Ph.D. kandidat vid NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering som första författare.
När diamant möter grafen
Även om diamant är känt för att vara ett material med överlägsna fysiska egenskaper, lite är känt om hur det samverkar med grafen, en enatoms tjock substans som består av rent kol.
Ett team av forskare från NUS, Bruker Singapore och Hasselt University Wetenschapspark i Belgien, försökte utforska vad som händer när ett lager av grafen, beter sig som ett mjukt membran, är fäst på diamant, som också består av kol. För att uppmuntra bindning mellan de två ganska olika kolformerna, forskarna värmde upp dem till höga temperaturer.
Vid förhöjda temperaturer, teamet noterade en omstrukturering av gränssnittet och den kemiska bindningen mellan grafen och diamant. Eftersom grafen är ett ogenomträngligt material, vatten som är instängt mellan diamanten och grafen kan inte fly. Vid en temperatur som är över 400 grader Celsius, det fångade vattnet förvandlas till en distinkt superkritisk fas, med olika beteenden jämfört med normalt vatten.
Sa professor Loh, som också är huvudutredare vid Graphene Research Center vid NUS, "Vi visar för första gången att grafen kan fånga vatten på diamant, och systemet beter sig som en "tryckkokare" när det värms upp. Ännu mer överraskande, vi fann att sådant överhettat vatten kan fräta på diamant. Detta har aldrig rapporterats."
Industriella tillämpningar och nya insikter
På grund av dess transparenta natur, grafenbubbla-på-diamantplattformen ger ett nytt sätt att studera vätskors beteende vid höga tryck och höga temperaturer, vilket traditionellt är svårt.
"Ansökningarna från vårt experiment är enorma. I branschen, superkritiskt vatten kan användas för nedbrytning av organiskt avfall på ett miljövänligt sätt. Vårt arbete kan också tillämpas på laserassisterad etsning av halvledar- eller dielektriska filmer, där grafenmembranet kan användas för att fånga vätskor, ", utvecklade Prof Loh.
För att främja sin forskning, Prof Loh och hans team kommer att studera det superkritiska beteendet hos andra vätskor vid höga temperaturer, och strävar efter att få fram ett bredare utbud av industriella tillämpningar.
