Son araştırmalar, su üzerinde yüzen grafenin hidrofilik olduğunu gösteriyor!
Kılavuz
Son zamanlarda Advanced Materials dergisinde yayınlanan bir makalede, Hollanda'daki Leiden Üniversitesi'ndeki kimyagerler, su yüzeyindeki grafenin hidrofobik değil hidrofilik olduğunu belirtti. Bu keşif, grafenin sensörlerde, su filtrasyonunda ve membran tabanlı yakıt hücrelerinde uygulamaları üzerinde büyük bir etkiye sahip olacak.
arka fon
Yalnızca tek bir atomik katman kalınlığına sahip iki boyutlu bir malzeme olan grafen, "tek atomlu katman grafiti" olarak da adlandırılabilir. Grafit ile aynı malzemeden yapılmıştır. Grafit, tanıdık olmadığına inanıyorum, çünkü yaygın olarak kullanılan kurşun kalemimizin ana bileşeni grafittir. Grafit, düzlemsel karbon atomlarının katmanlarının düzenli bir şekilde bal peteği şeklinde istiflenmesi ile oluşturulur.Grafitin ara katman kuvveti zayıftır ve ince grafit levhalar oluşturmak için birbirlerinden sıyrılması kolaydır. Grafit levha tek bir katman halinde soyulduğunda, yalnızca bir karbon atomu kalınlığına sahip tek katman grafendir.
(Fotoğraf kredisi: Tatiana Shepeleva / Shutterstock)
Grafen birçok mükemmel özelliğe sahiptir.En ince, en güçlü ve en güçlü elektriksel ve termal iletkenliğe sahip yeni bir nano malzeme türü olarak grafen, "siyah altın" ve "yeni malzemelerin kralı" ününe sahiptir. Bilim adamları, grafenin dünyayı kasıp kavuran yıkıcı yeni bir teknoloji ve yeni sanayi devrimi başlatmasının çok muhtemel olduğunu tahmin ettiler.
Grafenin uygulama alanları çok geniştir, örneğin: esnek elektronikler, yüksek verimli transistörler, yeni sensörler, yeni malzemeler, piller, süper kapasitörler, yarı iletken üretimi, yeni enerji, iletişim, terahertz teknolojisi, tıp vb. Yazar birçok makalede yazmıştır. Hepsi tanıtıldı, bu yüzden burada tekrar etmeyeceğim.
(Resim kaynağı: Red Orbit)
(Resim kaynağı: Grafen Amiral Gemisi Projesi)
Bununla birlikte, grafen hidrofobik bir malzeme mi yoksa hidrofilik bir malzeme mi? Uzun süredir, en yaygın varsayım, grafit gibi diğer birçok karbon bazlı malzeme gibi, grafenin de hidrofobik bir malzeme olarak kabul edildiğiydi.
Yenilikçilik
Ancak, "Advanced Materials" dergisinde yayınlanan bir makalede, Hollanda'daki Leiden Üniversitesi'nden kimyagerler Liubov Belyaeva ve Pauline van Deursen ve akıl hocaları Grégory F. Schneider şunları söyledi: Bu sorun başlangıçtan çok uzak. Bence daha karmaşık. Pek çok araştırmacının inandığı gibi, su üzerinde yüzen grafen sadece hidrofobik değil, aksine su emicidir.
(Resim kaynağı: Leiden Üniversitesi)
teknoloji
İlgili birçok çalışma grafenin ıslanabilirliği konusunda farklı görüşlere sahiptir. Son zamanlarda, Hollanda'daki Leiden Üniversitesi'nden araştırmacılar, sudaki grafen yüzeyinin temiz ve pürüzsüz koşullar altında hidrofilik olduğunu gösterdi. Başka bir deyişle, sudaki grafen su emicidir.
Bu araştırma, grafenin gelecekteki uygulamaları için çok önemlidir. Grafen, bal peteği yapısında tek bir karbon atomu katmanından oluşur, bu nedenle DNA'yı çözen biyosensörlerde kullanılabilir. Bu ultra ince malzeme ayrıca sensörler, su filtrasyonu ve yakıt hücresi membranları için de kullanılabilir. Bütün bu durumlarda grafen tabakasının her iki tarafı da su ile temas halindedir.
Uzun süredir grafen hidrofobik veya geçirimsiz olarak kabul edildi. Araştırmacılar, grafenin genellikle metal bir yüzey üzerinde yapıldığı ve daha sonra silikon plaka gibi katı bir desteğe aktarıldığı için bunu varsaydılar. Bununla birlikte, bu transfer işlemi sırasında, grafen hasar görecek veya aşınacak ve dolayısıyla ıslanabilirliğini etkileyecektir.
Bozulmamış grafen tabakasının hidrofilik olup olmadığını belirlemek için grafen tabakasının üzerine bir damla su damlatılır. Daha sonra araştırmacılar, su damlasının eğriliğinden yüzeyin hidrofobik, yani yağmurluk gibi mi yoksa emici mi olduğuna karar verebilirler. Teorik olarak, durum neredeyse böyledir, ancak pratikte böyle bir su damlası hemen grafen katmanını yırtarak boşluklara neden olur ve daha sonra ölçüm için çok az su kalır.
Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, destek katmanı olarak su yerine buz veya hidrojel kullandılar. Buz ve hidrojel sudan daha güçlüdür ve suya çok benzer. Daha sonra grafen üzerine çok küçük su damlacıkları bırakıp grafen yüzeyi ile su damlacığının yüzeyi arasındaki temas açısını ölçebildiler. Ayrıca farklı polariteye sahip başka sıvılar da kullandılar ve bu ölçümü tekrarladılar. Daha sonra, su altındaki tüm moleküler temasın yukarıdaki damlacıklarda bulunan su molekülleri tarafından hissedileceğine karar verdiler. Bu tam şeffaflık, grafenin ultra ince özelliklerinden kaynaklanmaktadır ve ayrıca grafenin su yüzeyinde neden hidrofilik olduğunu da ortaya çıkarmaktadır.
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Grafenin sensörlerde, su filtrasyonunda ve membran bazlı yakıt hücrelerinde uygulanması için bu görüş büyük bir etki yarattı. Tüm bu uygulamalar grafenin suyla temas etmesini gerektirir, bu nedenle geliştiricilerin tamamen farklı bir başlangıç noktası düşünmesi gerekecektir: Grafen hidrofobik değil hidrofiliktir.
Anahtar kelime
Grafen, su
Referans
[1] https://www.universiteitleiden.nl/en/news/2017/11/graphene-on-water-attracts-water
[2] Liubov A. Belyaeva, Pauline M. G. van Deursen, Kassandra I. Barbetsea, Grégory F. Schneider. Kutupsal ve Dağıtıcı Etkileşimlere Şeffaflık Yoluyla Sudaki Grafenin Hidrofilliği Gelişmiş Malzemeler, 2017; 1703274 DOI: 10.1002 / adma.201703274
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
