Können die Feuchtigkeits- und Haftungseigenschaften der Graphenoberfläche reguliert werden?

Forscher der University of Illinois in Champaign haben die Feuchtigkeits- und Haftungseigenschaften von Graphenmaterialien erfolgreich durch Dotierung reguliert, was Möglichkeiten für die Entwicklung fortschrittlicher Beschichtungsmaterialien und Sensoren bietet. Die Forschung wurde im berühmten Journal Nano Express veröffentlicht.

Graphen hat optische Transparenz und ausgezeichnete elektrische und mechanische Eigenschaften, die die Oberflächenbeschichtung und die Elektrobenetzungsanzeige untergraben. Die Benetzbarkeit des Materials bezieht sich auf die Wechselwirkung zwischen der Oberfläche des Materials und Wasser. Es ist normalerweise ohne äußeren Einfluss stabil und kann in hydrophile und hydrophobe Eigenschaften unterteilt werden. Je nach Materialanwendung muss zwischen hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften gewählt werden. Am Beispiel der Elektrobenetzungsanzeige werden die hydrophilen Eigenschaften des Anzeigematerials unter Einwirkung eines externen Schaltkreises verbessert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Blockmaterialien kann Graphen durch Ändern der Elektronendichte oder Dotierung reguliert werden, um Oberflächenbenetzungseigenschaften zu erzielen.

Die Forscher fanden heraus, dass Graphen, da es Luft ausgesetzt war und die Oberfläche "verschmutzt" war und typische hydrophobe Eigenschaften aufwies, als erste die Elektronendichte der Graphenoberfläche durch Zugabe geladener Polymere und Metalle (dh Dotierung) veränderte. Graphen weist wiederum einstellbare Benetzungseigenschaften auf und realisiert hydrophile und hydrophobe regulatorische Änderungen. Diese Entdeckung enthüllte zum ersten Mal den Zusammenhang zwischen dem Quantenladungstransfer und der makroskopischen Oberflächenbenetzbarkeit von Graphen. Die Studie eröffnet einen neuen Weg zur Anpassung der Oberflächenbeschichtung und der Elektrobenetzungsleistung ohne Anlegen eines kontinuierlichen externen Stroms, wodurch erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden.

Darüber hinaus untersuchten die Forscher auch die Oberflächenhaftung von Graphen. Die Elektronendichte von Graphen führt zu Änderungen der Oberflächenadhäsion, die die Wechselwirkung von Graphen mit hydrophilen und hydrophoben Wassermolekülen bestimmen und eine wichtige Rolle beim Aufbau von chemischen und biologischen Sensoren auf Graphenbasis spielen. Inspiriert von den Ergebnissen dieser Studie können selbstreinigende Graphensensoren entwickelt werden, die wiederverwendet werden können. Die hydrophilen Wassermoleküle können zuerst nachgewiesen werden, und dann kann die Hydrophilie des Sensors durch Regulieren der Elektronendichte von Graphen erhöht werden, und die hydrophilen Wassermoleküle können getrennt werden. Die Studie erweiterte den Anwendungsbereich von Graphenmaterialien weiter.

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