Los recubrimientos de grafeno pueden ofrecer la capacidad de controlar el proceso de evaporación del agua desde varias superficies, según una nueva investigación.

El estudio, llevada a cabo por un equipo de la Academia de Ciencias de China y el Centro de Innovación Colaborativa de Materia Cuántica (Beijing), examinó las interacciones de las moléculas de agua con varias superficies cubiertas de grafeno.

Se publica hoy en la revista Materiales 2-D .

El autor principal, el Dr. Yongfeng Huang, de la Academia de Ciencias de China, dijo:"La evaporación de las gotas de agua es un fenómeno omnipresente y complicado, y juega un papel fundamental en la naturaleza y la industria. Entender su mecanismo a escala atómica, y controlar la tasa de evaporación de manera racional es importante para aplicaciones que incluyen la transferencia de calor y el control de la temperatura corporal. Sin embargo, sigue siendo un desafío importante ".

Los experimentos del equipo mostraron que un recubrimiento de grafeno controla la evaporación del agua al suprimir la tasa de evaporación en superficies hidrófilas. y aceleración de la evaporación en hidrófobos.

El Dr. Huang dijo:"Más importante aún, encontramos que el grafeno es "transparente" para la evaporación. Cuando una superficie hidrofílica se recubre con grafeno, la línea de contacto de la gota de agua se acorta o alarga drásticamente, debido al ajuste en los ángulos de mojado. Esto conduce a cambios en la tasa de evaporación ".

Los investigadores querían comprender la 'transparencia' en la evaporación mediada por grafeno, y descubrir su estructura subyacente a escala atómica. Para hacer esto, realizaron simulaciones de dinámica molecular sobre la evaporación de gotas de agua, en superficies con y sin recubrimiento de grafeno.

Por primera vez, identificaron el mecanismo de escala atómica para los eventos de evaporación inducidos por el sustrato. Descubrieron que la molécula de agua forma un estado precursor en la línea de contacto antes de que se evapore.

El Dr. Huang explicó:"Un análisis más detallado mostró que la densidad del agua en los estados de transición de evaporación es mayor en la línea de contacto, luego disminuye exponencialmente a medida que se aleja del sustrato. La desorción de agua única en la línea de contacto domina el proceso de evaporación de gotas. Dado que el grafeno no altera la energía de enlace de una sola molécula de agua, tiene efectos insignificantes sobre la evaporación por línea de contacto.

"Nuestros resultados son un descubrimiento importante sobre la evaporación mediada por grafeno, y también señalar nuevas formas de controlar racionalmente el proceso de evaporación, para aplicaciones realistas en transferencia de calor, impresión y áreas relacionadas ".

El profesor James Sprittles de la Universidad de Warwick, Reino Unido evaluó el trabajo. Dijo:"Utilizando experimentos complementados con simulaciones de dinámica molecular, El Dr. Huang y sus colaboradores han proporcionado información fascinante sobre los mecanismos moleculares que gobiernan la evaporación de las gotas de agua en sustratos recubiertos de grafeno tecnológicamente relevantes.

"Su investigación muestra que la humectabilidad es la única responsable de los cambios en la tasa de evaporación, y abre simultáneamente varios temas interesantes para futuras investigaciones, por ejemplo, cómo se pueden incorporar los efectos moleculares (por ejemplo, nanofilms precursores y fluctuaciones térmicas) en el modelado macroscópico ".