کشف نفوذپذیری گرافن در برابر آب

گرافن تا حد زیادی شفاف بوده و به‌نظر می‌رسد در برابر آب نیز نفوذپذیری
بالایی دارد. گروهی از محققان دانشگاه رایس و موسسه پلی‌تکنیک رنسلر (RPI)
دریافته‌اند که میزان ترشوندگی طلا، مس و سیلیکون با ایجاد یک روکش پیوسته
از گرافن روی آنها تغییری نمی‌کند. این یافته جدید برای محققانی که روی
تنظیم روکش‌های سطحی برای کاربردهای مختلف کار می‌کنند، دارای اهمیت است.

پولیکل آجایان، استاد مهندسی مکانیک و علوم مواد و شیمی دانشگاه رایس می‌گوید:
«نازکی بسیار زیاد گرافن آن را به یک روکش بی‌اثر تبدیل ساخته است. یک قطره
آب که روی لایه گرافنی قرار گرفته است، در آن نفوذ کرده و مطابق با نیروهای
ترشوندگی مربوط به لایه زیرین رفتار می‌کند. این رفتار بسیار جالبی است که
در روکش‌های دیگر مشاهده نشده است و یک بار دیگر نشان می‌دهد که گرافن یک
ماده منحصر به‌فرد است».

 
آجایان می‌گوید یک سطح معمولی گرافیت آبگریز است. اما در این مطالعه محققان
دریافتند که یک تک‌لایه اتمی از شبکه کربنی مانعی میان آب و یک سطح آبدوست ایجاد
نمی‌کند. افزودن لایه‌های بیشتر به تک‌لایه اولیه میزان ترشوندگی را کاهش داده و یک
روکش شش‌لایه‌ای شبیه گرافیت عمل می‌کند. او می‌افزاید جنبه جالب این تحقیق امکان
کنترل ویژگی‌های مختلف سطوح (همچون رسانایی) در عین حفظ خاصیت ترشوندگی آنهاست. چون
گرافن خالص رساناست، این کشف می‌تواند منجر به تولید گروه جدیدی از روکش‌های رسانا
و در عین حال نفوذپذیر شود.

این محققان توضیح می‌دهند که شفافیت ترشوندگی تنها در سطوحی مشاهده می‌شود که در
آنها نیروهای ضعیف وان‌دروالسی تعیین‌کننده نحوه برهمکنش با آب است (سیلیکون و
بیشتر فلزات) و در موادی همانند شیشه که در آنها پیوندهای شیمیایی قوی تعیین‌کننده
این برهمکنش است، دیده نمی‌شود. بنابر گفته این محققان در کاربردهایی همچون انتقال
حرارتی چگالشی (سرد کردن، گرم کردن، رطوبت‌زدایی، و بسیاری کاربردهای صنعتی دیگر)
می‌توان از این اکتشاف بهره برد. مس معمولاً به‌عنوان رسانای حرارتی مورد استفاده
قرار می‌گیرد، اما این فلز به سرعت خورده می‌شود. این گروه یک نمونه مسی را با لایه
گرافنی روکش داده و دریافتند که این لایه زیر نانومتری بدون اینکه تأثیری روی
برهمکنش مس با آب داشته باشد، از خورده شدن آن جلوگیری می‌کند. در حقیقت این کار
کارایی حرارتی مس را 30 تا 40 درصد افزایش می‌دهد.

جزئیات این کار به صورت آنلاین در مجله Nature Materials منتشر شده است.