دیدگاهی جدید در مورد برهم‌کنش گرافن با آب

همانطور که بسیاری از پژوهشگران باور دارند،گرافنشناور روی آب، آب را پس نمی زند؛ بلکه آن را بیشتر به سمت خود جذب می کند. مقاله ی اثبات این موضوع، توسطلیوبوف بلایاواوپائولین ون دورسنو سرپرست آنها،گرجی فرنشن اسنایدر، در مجلهAdvanced Materialsبه انتشار رسیده است.

گرافن از مواد مشابه خودش،گرافیت(مانند نوک مداد) تشکیل شده است. به همین دلیل، برای مدت زیادی تصور می شد گرافن نیز مانند گرافیت خواصآب گریزیدارد. تفاوت کلیدی گرافن و گرافیت در این است که گرافن تنها از یک لایه اتم تشکیل شده است.

مطالعاتی که تا کنون روی گرافن به انجام رسیده، نظرات و ایده های مختلفی بین محققان در مورد ویژگی های خیس شدگی گرافن ایجاد کرده است. در حال حاضر، محققاندانشگاه لیدن، کشف جدیدی در مورد ارتباط سطح گرافن با آب یافته اند، مبنی بر اینکه اگر چه سطحی تمیز و صیغلی دارد، اماآب دوستمی باشد. به عبارت دیگر، گرافن آب را به سمت خود می کشد. برای استفاده های مختلف از گرافن در آینده، این موضوع، یک یافته قابل توجه خواهد بود. گرافن لایه ای بسیار نازک از جنس اتم های کربن است که ساختار آن به شکللانه زنبوریمرتب شده است و یک ماده مناسب برای ساخت زیست حسگرها با قابلیت رمزگشایی DNA شکل می دهد. این مواد فوق نازک، می تواند در مواردی مانندحسگرها،فیلتراسیون آبوغشاهای سلول های سوختیاستفاده شود. در تمامی این موارد، می تواند دو طرف لایه ی نازک گرافن در معرض آب قرار گیرد.

برای مدت طولانی، گرافن به عنوان یک ماده آب گریز شناخته می شد. پژوهشگران می پندارند که این تفکر به این دلیل شکل گرفت، که گرافن به طور کلی روی سطح یک فلز تولید می شود و بعد برای ایجاد ثبات، روی یک سطح حمایت کننده مانندویفر سلیکیونیانتقال پیدا می کند. در نتیجه، در طی این روند انتقال، گرافن می تواند آسیب دیده یا آلوده شود، که رفتار خیس شدن گرافن را تحت تاثیر قرارمی دهد.

برای اینکه تعیین شود یک سطح دست نخورده از گرافن، آب دوست است یا خیر، یک قطره از آب باید روی یک لایه از گرافن قرار داده شود. پس از آن، درست مانند محاسبات یک لباس بارانی که آیا قطره های آب جذب می شود یا خیر، محاسبه انحنای قطره برای تعیین میزان آب گریزی سطح گرافن قابل انجام است. اما این در تئوری قابل اجرا است، چراکه در عمل، قرار دادن یک قطره می تواند به سرعت، لایه نازک گرافن را بشکافد یا منجربه ترک شود؛ که در آن صورت قابل محاسبه نخواهد بود.

پژوهشگران برای حل این مشکل، ازیخوهیدروژلبه عنوان ماده حمایت کننده استفاده کردند. یخ و هیدروژل بسیار مستحکم تر هستند و همچنین از خود آب شکل گرفته اند. پس از آن، محققان توانستند قطرات بسیار ریز آب را روی سطح گرافن قرار دهند و زاویه تماس بین سطح گرافن با قطره را اندازه گیری کنند. آنها حتی مایعات دیگری را با خواص قطبی متفاوت، روی گرافن آزمایش کردند. سپس توانستند تمامی برهم کنش های مولکولی که با سطح گرافن در محیط آبی اتفاق می افتد، با همان یک قطره آب توجیه کنند. این کشف، در حوزه هایی که گرافن باید در معرض آب قرار گیرد مثل تصفیه آب، حسگرها و سلول های سوختی، کاربردهای زیادی خواهد داشت. از این به بعد، توسعه دهندگان گرافن باید از یک نقطه متفاوت شروع به کار کنند، یعنی با این دید که، گرافنی که با آن کار می کنند آب گریز نیست، بلکه آب دوست است.