在氩气存在下产生的激光诱导石墨烯是超疏水的,这意味着它避免了水。莱斯大学开发的工艺可以只用一个步骤就从可以用廉价的材料制成超亲水或超疏水的材料。
莱斯大学科学家发明了可以用于超级电容器等应用的激光诱导石墨烯(LIG),并且现在已经找出了一种使海绵状石墨烯超疏水或超亲水的方法。
直到最近,James Tour的Rice实验室使用激光将部分燃烧,部分通过柔性聚酰亚胺薄片烧制,以获得石墨烯的相互关联的薄片,并借此制造了仅在露天使用LIG。但是将聚合物置于具有各种气体的封闭环境中会改变产品的性能。
在氩气或氢气中形成LIG具有超疏水性或避水性,它可用于将水与油或冰表面分离,是一种值得高度重视的特性。若在氧气或空气中形成则其具有超亲水性,或吸水性,并且高度可溶。
Tour说。:“在此之前,实验室也可以使石墨烯疏水或亲水,但它涉及湿化学或化学气相沉积工艺的多个步骤,目前,我们在一个自制的气氛室里用相对便宜的材料一步一步地做到这一点。
当实验室发现在氧气中制造LIG时,石墨烯薄片中的缺陷数量增加了5和7原子环,当被用作微电容器的电极材料时,它们的电容和性能得到改善。水流出超疏水LIG框架内的超亲水激光诱导石墨烯图案。
气体化学成分的变化甚至激光光栅图案方向的变化也改变了材料,而这些现象的出现导致研究人员相信LIG的疏水性或亲油性可以被调整。
他们还发现当他们从亲水性聚合物片上刮掉石墨烯并将其转化成膜时,结果是疏水的。Tour说:“这导致我们相信LIG的薄片的表面取向与它与水的反应有很大关系,如果边缘更加暴露,它似乎是亲水性的;如果基面更暴露,相反,它们表现为疏水性。”
使材料“超”在任何一个方向的原因是它遇到水的角度。接触角为0度的材料被认为是超亲水性的。在这种情况下,水会放在凹面材料上。如果角度在150度以上,则被认为超疏水; 角度取决于水珠多少(180度的角度将是完美地位于LIG顶部的球体)。
Tour表示,表面类型和化学影响LIG的发现也有助于调整材料性能的一些不足。事实上,当他们使用硫/氟气体来制造时,它们将LIG的超疏水性提高到160度。