Grafen som flyter på vatten stöter inte bort vatten, som många forskare tror, utan snarare attraherar den. Detta har visats av kemister Liubov Belyaeva och Pauline van Deursen och deras handledare Grégory F. Schneider. Studien publiceras i Avancerade material .

Grafen är uppbyggt av samma material som grafit – som finns i till exempel pennor – varför man länge antog att, som grafit, grafen är vattenavvisande. En viktig skillnad från grafit är att grafen inte är mer än en enda atom tjock.

Studierna av grafen gav upphov till olika uppfattningar om dess vätningsegenskaper. Leidenforskarna har nu upptäckt att grafenytan på vatten, förutsatt att den är ren och slät, är hydrofil. Med andra ord, grafen i vatten drar till sig vatten.

Denna insikt är mycket betydelsefull för framtida tillämpningar av grafen. Dess tunna atomlager av kolatomer, arrangerad i en bikakestruktur, göra materialet lämpligt för användning i biosensorer för att avkoda DNA. Detta ultratunna material kan även användas i sensorer, vattenfiltrering och membran av bränsleceller. I alla dessa fall, ett grafenlager utsätts för vatten på båda sidor.

Under en lång tid, grafen ansågs vara hydrofob, eller vattenavvisande medel. Forskarna antar att detta beror på att grafen i allmänhet produceras på en metallyta och sedan överförs till ett fast underlag som en kiselskiva. Under denna överföringsprocess, dock, grafenen kan bli skadad eller förorenad, vilket kan påverka vätningsbeteendet.

För att avgöra om ytan på ett intakt lager av grafen är hydrofil eller inte, en droppe vatten måste införas på lagret. Det är sedan möjligt att utifrån droppens krökning avgöra om ytan är vattenavvisande, precis som en regnrock, eller om det drar till sig vatten. Så mycket för teorin, för i praktiken kommer en sådan droppe omedelbart att riva det tunna grafenskiktet, resulterar i sprickor, varefter det inte finns mycket kvar att mäta.

Forskarna löste detta problem genom att använda is eller hydrogel istället för vatten som stödskikt. Is och hydrogel är mycket starkare och är bra imitatorer av vatten. Forskarna kunde sedan föra in små droppar av vatten på grafenet och mäta kontaktvinkeln mellan grafenytan och utsidan av droppen. De upprepade också mätningarna med andra vätskor med en annan polaritet. De kunde sedan fastställa att alla molekylära interaktioner av det underliggande vattnet känns av vattenmolekylerna i droppen ovan. Denna fullständiga transparens är konsekvensen av grafens extrema tunnhet, och det förklarar varför grafen är hydrofilt på vatten.

Denna upptäckt har en stor inverkan på tillämpningar av grafen i sensorer, vattenfiltrering, och membranbaserade bränsleceller, som alla innehåller grafen som exponeras för vatten. Utvecklare måste överväga en helt annan utgångspunkt, nämligen att grafenet de arbetar med inte är hydrofobt, men hydrofil.