En teknik för att undersöka vätningsbeteendet hos vatten på fosforen - formen av svart fosfor i ett lager har utvecklats av A*STAR -forskare som försöker bättre förstå egenskaper som kan möjliggöra kommersiella tillämpningar.

Fosforen, till skillnad från andra vanliga 2-D-material, såsom grafen och molybdendisulfid, har strukturell anisotropi, där den uppvisar olika fysikaliska egenskaper längs axlar i olika riktningar. Denna egenskap kan tillåta att fosforen med avstämbar vätbarhet tillverkas för användning inom biologiska vetenskaper. Men än så länge, lite var känt om vätningsbeteendet hos detta material.

För att inse fosforens potential, dock, kräver en grundlig förståelse för hur det interagerar med biomolekyler och vätskor. Detta drev Chen Shuai, och kollegor från A*STAR Institute of High Performance Computing för att utveckla en teknik för att undersöka vätningsegenskaperna hos vattendroppar på fosfor.

Forskarna undersökte kontaktvinkeln, ett mått på den relativa styrkan i interaktionen mellan fosforen och vattendropparna, som bestämmer dess vätbarhetsegenskaper. Många egenskaper hos fosforen, såsom elektroniskt bandgap och atom/molekylär adsorption, är lagerberoende, så de övervägde också vätningsbeteendet på flerlagers fosfor.

För att göra detta använde de först molekylära dynamiksimuleringar för att observera effekterna av olika droppstorlekar och antalet fosforenlager på kontaktvinkeln.

Eftersom fosforen har en stark strukturell anisotropi, de undersökte också diffusionsbeteendet hos vattendroppar på fosfor - både med och utan defekter - för deras effekt på kontaktvinkeln.

"Kontaktvinkeln för en vattendroppe på fosforen är viktig för biologiska tillämpningar av fosforen, "förklarar Chen." Eftersom det är en inneboende egenskap, vi undersökte effekten av vattendroppens storlek, antal fosforenlager, och defektfördelning på kontaktvinkeln för både orörd och defekt fosforen. "

"Vi fann att kontaktvinkeln minskade när antalet fosforenlager ökade från en till tre, men konvergerade sedan till ett konstant värde när antalet lager var större än tre, "säger Chen." Resultaten för defekt fosfor visar att kontaktvinkeln längs olika riktningar ökade med ökande defektkoncentration. "

Arbetet visar att fosforens vätande egenskap är avstämbar med antalet lager och defektfördelningen, som är kritiska för att manipulera vattenvätning och proteinadsorption på fosforbaserade anordningar för användning i biologiska och nanofluidiska applikationer.

"Baserat på dessa resultat från vår forskning, vi tänker nu utforska fosforens interaktion med biomolekyler i en vattenmiljö, säger Chen.