(Phys.org) —Los investigadores de ingeniería del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado una nueva cortina hecha de grafeno, el material más delgado conocido por la ciencia, que puede mejorar las propiedades de resistencia al agua de los materiales con superficies rugosas.
Estos "nanodrapos" tienen menos de un nanómetro de espesor, Quimicamente inerte, y proporcionar una capa de protección sin cambiar las propiedades del material subyacente. El equipo de investigadores, dirigido por el profesor Nikhil Koratkar de Rensselaer, demostraron cómo las gotas de agua encuentran una fricción significativamente menor cuando se mueven a través de una superficie cubierta con un nanodrape.
Esta innovación tiene el potencial de beneficiar a los dispositivos de laboratorio en chip, ensayos de alto rendimiento, superficies autolimpiables, y muchas otras aplicaciones que requieren el movimiento de gotas de líquido sobre superficies sólidas.
"Los nanodrapos de grafeno son los más delgados, cortinas más transparentes que podamos imaginar. Aparte de proporcionar una barrera contra el agua, estas cortinas son ópticamente transparentes y provocan cambios mínimos en la topología de la superficie subyacente, "dijo Koratkar, el profesor de ingeniería John A. Clark y Edward T. Crossan en Rensselaer. "Descubrimos que esta cortina ultra transparente evita la penetración del agua en las superficies texturizadas, que tiene implicaciones tecnológicas interesantes y potencialmente importantes para muchas aplicaciones en micro y nanofluidos ".
Las gotas de agua se pueden pegar o "clavar" fácilmente a un material con una superficie rugosa nanotexturizada. Cuando la gota cae sobre el material, la energía de la caída empuja o desplaza las pequeñas cantidades de aire atrapadas en la superficie texturizada. Una vez en este estado anclado, es difícil desanclar la gota y moverla por la superficie.
Cubriendo la superficie con un paño de grafeno impermeable, sin embargo, evita que una gota se quede clavada en la superficie. El nanodubo crea una barrera que evita que la gota de agua penetre y desplace el aire de la superficie texturizada. En lugar de, la gota se asienta sobre la cortina, con fricción reducida entre ellos, lo que a su vez facilita el movimiento de la gota en la superficie, Dijo Koratkar. Mientras ayuda a minimizar esta fricción, el nanodrapaje ultra transparente causa una interrupción mínima en la superficie subyacente.
Los nanodrapos cuadrados miden varias pulgadas de largo, y una vez aplicados a una superficie solo son detectables con un microscopio potente. Koratkar y el equipo de investigación dejaron caer pequeñas cantidades de agua sobre una superficie de nanobarras de cobre, y la misma superficie cubierta con un nanodrape. El agua que cae sobre la superficie desnuda se extiende para formar grandes gotas planas que indican una superficie hidrófila, mientras que el agua que caía sobre superficies nanodrapeadas formaba una gota mucho más redonda o esférica indicativa de una superficie hidrófoba o repelente al agua. Los investigadores también utilizaron cámaras de alta velocidad para observar y medir la forma de las gotas cuando impactaban en la superficie. extendido, contratado, y finalmente resuelto. Una vez resuelto, la humectabilidad de la superficie se caracterizó midiendo el ángulo en el que la gota de líquido contactaba con la superficie sólida.
Koratkar dijo que las propiedades resistentes al agua son evidentes después de la aplicación de un solo nanodrape, pero las propiedades se mejoran con la adición de algunas capas adicionales. Es probable que se formen grietas y arrugas del tamaño de un nanómetro en la primera capa a medida que se aplica y se asienta sobre la superficie. Es probable que la segunda capa y las subsiguientes sufran menos defectos, y ayudar a cubrir los defectos en la primera capa.
Koratkar y su equipo de investigación crean los nanodrapos cultivando grafeno, una capa única de átomos de carbono dispuestos como una valla de alambre de gallinero a nanoescala, sobre un sustrato de cobre. Luego, recubren el grafeno con una película de polímero, y use ácidos débiles para eliminar o grabar el cobre, que deja la capa de polímero con la película de grafeno debajo flotando en la parte superior de los ácidos líquidos. La capa de polímero con lámina de grafeno se transfiere luego a una superficie, y la capa de polímero se lava suavemente con acetona. Lo que queda es un solo átomo de carbono de espesor, ultra-puro, paño impermeable de grafeno.
Este estudio es el último de Koratkar, cuya investigación se posiciona en las intersecciones de la nanotecnología, energía, y sostenibilidad. Su trabajo se ha centrado en la síntesis, caracterización, y aplicación de sistemas de materiales a nanoescala, incluido el grafeno. Su grupo de investigación utiliza diferentes técnicas para investigar formas de incorporar estos materiales en varios composites, revestimientos, y aplicaciones de dispositivos.
Los resultados del estudio fueron publicados a principios de este año por la revista. ACS Nano en el artículo "La capa de grafeno minimiza la fijación y la histéresis de las gotas de agua en superficies rugosas nanotexturizadas".
