控制石墨烯鸡尾酒的润湿性—摇晃而非搅拌

超疏水表面或超亲水表面在现代生活中用途广泛,比如不粘炊具、自动清洗表面、防水涂料、吸汗衣等。

关于自然界中(例如与荷叶的效应)产生这些效应的原因的研究显示控制表面湿润性的关键点之一就是表面的粗糙程度。微尺度或纳米尺度表面的特殊结构能透露其湿润性。其他主要关键点就是化学成分。Nikhil Koratkar及其在RPI的团队与在北京的同事使用石墨烯薄片(单原子厚度的碳片)、近距离声波定位器及一些水与丙酮已经成功地开发出一种快速、简单及完全可控的方法来制造超疏水、超亲水或介于两者之间的各种表面。该团队将一定量的石墨烯薄片分散在纯水、纯丙酮或者两者的混合物中;然后对混合物进行超生震荡,之后将溶液滴到需要改性的表面静止晾干。水接触角的测试表明在水中进行超声振动的石墨烯涂层是亲水的,在丙酮中进行超声振动的石墨烯涂层是疏水的,而在水与丙酮混合物中进行超声振动的石墨烯涂层则根据溶剂的相对浓度(比如:混合物中的丙酮越多,就表现出更强的疏水性)表现出更强或更弱的润湿性。

为什么出现这种结果呢?石墨烯薄片在边沿有很多缺陷或悬空键,它们在水中形成羰基及羧基,而碳氧结合物具亲水性。当石墨烯薄片在丙酮中进行超声振动的时候,这些缺陷会吸收丙酮分子,最终形成甲基,而碳氢结合物具疏水性。薄片表面的粗糙程度会增强化学反应。随着丙酮浓度的变化,吸附量也发生变化,而薄片表面的疏水范围也随之发生变化。

这是一个使得表面改性的简单方法,没有复杂的化学反应,也不需要昂贵的设备或原材料(仅需石墨、水及丙酮)。石墨的表面性质可调使其拥有广泛的潜在用途。你会惊奇地发现用铅笔芯、自来水及一些洗甲水,就可以产生各种用途。

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N. Koratkar et al., Adv. Mater. ; DOI: 10.1002/adma.200903696