Лазерный мир

Ученые из Университета Райса разработали технологию и лабораторную установку, которая позволяет с помощью лазера создавать графеновые структуры и с помощью использования различных газов регулировать их отношение к воде от супергидрофильного до супергидрофобного. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

В зависимости от того, смачиваются материалы водой или нет, их относят к гидрофильным и гидрофобным. Степень гидрофильности материала определяется по краевому углу смачивания между жидкостью и твердой поверхностью. Если этот угол близок к 0 градусам, такая поверхность называется супергидрофильной, если больше 150 градусов — супергидрофобной.

Laser-Induced Graphene in Controlled Atmospheres: From Superhydrophilic to Superhydrophobic Surfaces
The modification of graphene-based materials is an important topic in the field of materials research. This study aims to expand the range of properties for laser-induced graphene (LIG), specifically to tune the hydrophobicity and hydrophilicity of the LIG surfaces. While LIG is normally prepared in the air, here, using selected gas atmospheres, a large change in the water contact angle on the as-prepared LIG surfaces has been observed, from 0° (superhydrophilic) when using O2 or air, to >150° (superhydrophobic) when using Ar or H2. Characterization of the newly derived surfaces shows that the different wetting properties are due to the surface morphology and chemical composition of the LIG. Applications of the superhydrophobic LIG are shown in oil/water separation as well as anti-icing surfaces, while the versatility of the controlled atmosphere chamber fabrication method is demonstrated through the improved microsupercapacitor performance generated from LIG films prepared in an O2 atmosphere.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201700496/abstract

Эти свойства жидкостей используются во многих областях техники, к примеру, в микрофлюидных чипах, в которых имеются множество каналов для прохождения жидкости.
Ученые нашли относительно простой способ контролировать отношения графена к воде. Изначально, в 2014 году группа исследователей представила технологию получения графена из полимерной пленки. Ученые облучали полиимидную пленку лазерным лучом, и в точке контакта луча с пленкой полимер превращался в пористую структуру, состоящую из множества отдельных, хаотично расположенных одноатомных листов графена. Таким образом можно получать графеновые структуры заданной формы, например электрические контакты, так как графен проводит ток.

В работе 2014 года ученые получали графен на воздухе. Однако, впоследствии они решили изучить влияние различных газов на свойства получаемого материала. Исследователи обнаружили, что в атмосфере аргона или водорода полученный лазером графен имеет супергидрофобные свойства, а на воздухе или под действием чистого кислорода супергидрофильные. Исследование структуры показало явную корреляцию гидрофильности с количеством кислорода в конечном материале. Это объясняется тем, что связи между углеродом и кислородом более полярные, чем связи типа углерод-углерод и углерод-водород.

Ученые собрали лабораторную установку, которая позволила использовать полученные данные для создания гибридного материала с противоположным отношением к воде в разных его участках. Через камеру размером в несколько сантиметров продувался газ. В камере было проделано отверстие для лазерного луча, которое было изолировано с помощью окошка из прозрачного селенида цинка.

Процесс создания материала был следующим: в камеру помещалась полимерная пленка, подавался газ и лазер превращал выбранные области в гидрофобные или гидрофильные, в зависимости от поданного газа. Для того, чтобы показать возможность совмещения супергидрофобных и супергидрофильных свойств в одном материале ученые «нарисовали» супергидрофильный логотип своего университета на супергидрофобном фоне.
Исследователи считают, что их технология позволит легко создавать материалы для систем разделения воды, антиобледенительных поверхностей и даже суперконденсаторов.

В 2016 году физики разработали материал, который изменяет смачиваемость и адгезионные свойства под действием электрического тока.

Источник: https://nplus1.ru/news/2017/05/16/hydrophilic-or-hydrophobic-graphene