Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign har visat dopinginducerad avstämbar vätning och vidhäftning av grafen, avslöjar nya och unika möjligheter för avancerade beläggningsmaterial och givare.

"Vår studie tyder på att den dopningsinducerade moduleringen av laddningsbärarens täthet i grafen påverkar dess vätbarhet och vidhäftning, "förklarade SungWoo Nam, en biträdande professor vid Institutionen för mekanisk vetenskap och teknik i Illinois. "Detta arbete undersöker detta nya doping-inducerade avstämbara vätningsfenomen som är unikt för grafen och potentiellt andra 2D-material i kompletterande teoretiska och experimentella undersökningar."

grafen, är optiskt transparent och har överlägsna elektriska och mekaniska egenskaper, kan revolutionera områdena ytbeläggningar och bildskärmar för elektrovätning, enligt forskarna. Ett materials vätbarhet (d.v.s. interaktion med vatten) är typiskt konstant i frånvaro av yttre påverkan och klassificeras som antingen vattenälskande (hydrofil) eller vattenavvisande (hydrofob; vattenpärlor uppe på ytan). Beroende på den specifika applikationen, ett val mellan antingen hydrofobt eller hydrofilt material krävs. För bildskärmar för elektrovätning, till exempel, displaymaterialets hydrofila egenskaper förstärks med hjälp av en konstant externt påtryckt elektrisk ström.

"Det som gör grafen speciellt är att till skillnad från konventionella bulkmaterial, den uppvisar avstämbara ytvätningsegenskaper på grund av en förändring i dess elektrondensitet, eller genom dopning, sa Ali Ashraf, en doktorandforskare och första författare till uppsatsen, "Dopinginducerad avstämbar vätbarhet och vidhäftning av grafen, " dyker upp i Nanobokstäver . "Våra forskarteam har upptäckt att även om grafen vanligtvis beter sig som ett hydrofobt material (på grund av närvaron av stark luftburen förorening på dess yta), dess hydrofobicitet kan lätt ändras genom att ändra elektrondensiteten.

"Vår studie visar att grafen visar avstämbar vätbarhet - växlande hydrofobt och hydrofilt beteende - när dess elektrondensitet förändras av underjordiska laddade polymerer och metaller (a.k.a. dopning), " Ashraf tillade. "Detta fynd kastar ljus över tidigare oklara kopplingar mellan laddningsöverföring på kvantnivå och makroskopisk ytvätbarhet för grafen. Detta spännande fynd öppnar nya dörrar med möjlighet till inställbar ytbeläggning och elektrovätning utan kontinuerlig extern elektrisk strömförsörjning, vilket kommer att leda till betydande energibesparingar."

"Dessutom, vi undersökte en annan närbesläktad egenskap – ytvidhäftning, ", sa Nam. "Vi observerade förändringar i elektrontäthet hos grafen leder till en förändring i vidhäftning, som bestämmer hur grafen interagerar med andra hydrofoba och hydrofila molekyler, vilket är viktigt för grafenbaserade kemiska och biosensorer. Vårt fynd tyder på att det är möjligt att göra återanvändbara, självrengörande grafensensorer som först kan interagera med hydrofoba molekyler för detektion, och sedan separeras från dem (dvs. rengör sig själv) genom förbättrad hydrofilicitet via elektrondensitetsmodulering."

Notera:Författarna noterar att detta arbete oberoende demonstrerar och ytterligare stödjer liknande fynd som rapporterats i Hong et al. (DOI:10.1021/acs.nanolett.6b01594), visar dopinginducerad vätbarhetsmodulering av grafen.