Grafenbeläggningar kan erbjuda möjligheten att styra avdunstningsprocessen från olika ytor, enligt ny forskning.

Studien, utförs av ett team från Chinese Academy of Sciences och Collaborative Innovation Center of Quantum Matter (Beijing), tittade på vattenmolekylernas interaktioner med olika grafentäckta ytor.

Det publiceras idag i tidningen 2-D material .

Huvudförfattare Dr Yongfeng Huang, från Chinese Academy of Sciences, sade:"Avdunstning av vattendroppar är ett allestädes närvarande och komplicerat fenomen, och spelar en avgörande roll i naturen och industrin. Förstå dess mekanism i atomskala, och att styra avdunstningshastigheten rationellt är viktigt för applikationer inklusive värmeöverföring och kroppstemperaturkontroll. Dock, det är fortfarande en stor utmaning. "

Teamets experiment visade att en grafenbeläggning kontrollerar avdunstning av vatten genom att undertrycka avdunstningshastigheten på hydrofila ytor, och accelererande avdunstning på hydrofoba sådana.

Dr Huang sa:"Ännu viktigare, vi fann att grafen är 'transparent' för avdunstning. När en hydrofil yta är belagd med grafen, vattendroppens kontaktledning förkortas eller förlängs dramatiskt, på grund av justering i vätvinklar. Detta leder till förändringar i avdunstningshastigheten. "

Forskarna ville förstå 'transparensen' i grafenförmedlad avdunstning, och avslöja dess underliggande struktur på atomskala. Att göra detta, de genomförde molekylära dynamik -simuleringar om avdunstning av vattendroppar, på ytor med och utan grafenbeläggning.

För första gången, de identifierade atomskala-mekanismen för substratinducerade avdunstningshändelser. De fann att vattenmolekyl bildar ett föregångartillstånd vid kontaktledningen innan den avdunstar.

Dr Huang förklarade:"Ytterligare analys visade att vattentätheten i förångningstillstånden är störst vid kontaktledningen, minskar sedan exponentiellt när det går bort från substratet. Enstaka vattendesorption vid kontaktledningen dominerar droppindunstningsprocessen. Eftersom grafen inte förändrar bindningsenergin för en enda vattenmolekyl, det har försumbara effekter på avdunstning per kontaktledning.

"Våra resultat är en viktig upptäckt om grafenförmedlad avdunstning, och pekar också på nya sätt att rationellt kontrollera avdunstningsprocessen, för realistiska tillämpningar inom värmeöverföring, tryckning och relaterade områden. "

Professor James Sprittles från University of Warwick, Storbritannien bedömde arbetet. Han sa:"Använda experiment kompletterade med molekylära dynamiksimuleringar, Dr Huang och medarbetare har gett fascinerande insikter om de molekylära mekanismerna som reglerar avdunstning av vattendroppar på tekniskt relevanta grafenbelagda substrat.

"Deras forskning visar att vätbarheten är ensam ansvarig för avdunstningshastighetsändringar, och öppnar samtidigt flera intressanta ämnen för framtida forskning, såsom hur molekylära effekter (t.ex. föregångarnanofilmer och termiska fluktuationer) kan införlivas i makroskopisk modellering. "