科普專欄 / Information

石墨烯材料表面首次實現潤濕和粘附特性可調控

據科學日報近日報道,美國伊利諾伊大學香槟分校的研究人員成功通過摻雜實現石墨烯材料表面潤濕與粘附特性的可調控,為先進塗層材料和傳感器的研制提供了可能。該研究成果發表于著名期刊《納米快報》上。

石墨烯具有光學透明以及優良的電性能和機械性能,将颠覆表面塗層及電潤濕顯示等領域。材料的潤濕性指材料表面與水的相互作用,在沒有外部影響時通常是穩定不變的,可分為親水和疏水兩種特性。根據材料不同的應用場合,需要在親水和疏水兩種性質中做出選擇。以電潤濕顯示為例,顯示材料的親水特性會在外加電路作用下得到增強。不同于傳統的塊狀材料,石墨烯可以通過改變電子密度或摻雜來實現表面潤濕特性的可調控。

研究人員發現由于石墨烯暴露在空氣中,表面受到“污染”,而表現出典型的疏水特征,該研究首次通過加入荷電聚合物和金屬(即摻雜),改變石墨烯表面電子密度,進而使石墨烯表現出可調控的潤濕特性,實現親水-疏水可調控轉變。這一發現第一次揭示了量子級的電荷轉移和石墨烯宏觀表面潤濕性之間的聯系。該研究開辟了無需施加持續外部電流即可調表面塗層和電潤濕顯示性能的新路徑,将顯著地節約能源。

此外,研究人員同時研究了石墨烯的表面附着力。石墨烯的電子密度會導緻表面粘附力的變化,這決定了石墨烯與親水和疏水分子的相互作用,對構建基于石墨烯的化學和生物傳感器啟到重要的作用。在該研究成果的啟發下,可以研制可重複使用的自清潔石墨烯傳感器,通過先檢測疏水分子,然後通過調控石墨烯電子密度提高傳感器親水性,進而分離疏水分子。該研究進一步拓寬了石墨烯材料的應用範圍。

來源:國防科技信息網(本文系轉載,并不代表本網站觀點,如涉及版權等問題,請聯系我們以便處理)

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