El grafeno que flota en el agua no repele el agua, como creen muchos investigadores, sino que lo atrae. Esto ha sido demostrado por los químicos Liubov Belyaeva y Pauline van Deursen y su supervisor Grégory F. Schneider. El estudio se publica en Materiales avanzados .

El grafeno está compuesto del mismo material que el grafito, que se encuentra en los lápices, por ejemplo, por lo que se asumió durante mucho tiempo que, como el grafito, el grafeno es repelente al agua. Una diferencia clave con el grafito es que el grafeno no tiene más de un átomo de espesor.

Los estudios sobre el grafeno dieron lugar a diferentes ideas sobre sus propiedades humectantes. Los investigadores de Leiden ahora han descubierto que la superficie del grafeno en el agua, siempre que esté limpio y liso, es hidrofílico. En otras palabras, el grafeno en el agua atrae el agua.

Esta información es muy importante para las futuras aplicaciones del grafeno. Su delgada capa atómica de átomos de carbono, dispuestas en una estructura de panal, hacer que el material sea adecuado para su uso en biosensores para decodificar el ADN. Este material ultrafino también se puede utilizar en sensores, filtración de agua y membranas de pilas de combustible. En todos estos casos, una capa de grafeno se expone al agua en ambos lados.

Por mucho tiempo, se creía que el grafeno era hidrófobo, o repelente de agua. Los investigadores asumen que esto se debe a que el grafeno generalmente se produce en una superficie metálica y luego se transfiere a un soporte sólido como una oblea de silicio. Durante este proceso de transferencia, sin embargo, el grafeno puede dañarse o contaminarse, que puede influir en el comportamiento de humectación.

Para determinar si la superficie de una capa intacta de grafeno es hidrófila o no, se debe introducir una gota de agua sobre la capa. Entonces es posible determinar a partir de la curvatura de la gota si la superficie es repelente al agua, como un impermeable, o si atrae agua. Hasta aquí la teoría, porque en la práctica una gota de este tipo rasgará inmediatamente la fina capa de grafeno, resultando en grietas, después de lo cual no queda mucho por medir.

Los investigadores resolvieron este problema utilizando hielo o hidrogel en lugar de agua como capa de soporte. El hielo y el hidrogel son mucho más fuertes y son buenos imitadores del agua. Luego, los investigadores pudieron introducir minúsculas gotas de agua en el grafeno y medir el ángulo de contacto entre la superficie del grafeno y el exterior de la gota. También repitieron las mediciones utilizando otros líquidos con diferente polaridad. Luego pudieron determinar que todas las interacciones moleculares del agua subyacente son sentidas por las moléculas de agua en la gota de arriba. Esta total transparencia es la consecuencia de la extrema delgadez del grafeno, y explica por qué el grafeno es hidrófilo en el agua.

Este descubrimiento tiene un gran impacto en las aplicaciones del grafeno en sensores, filtración de agua, y pilas de combustible basadas en membranas, todos ellos presentan grafeno expuesto al agua. Los desarrolladores deberán considerar un punto de partida completamente diferente, es decir, que el grafeno con el que trabajan no es hidrófobo, pero hidrofílico.