p O grafeno é o material mais fino conhecido pela ciência. O nanomaterial é tão fino, na verdade, a água muitas vezes nem sabe que está lá. p Pesquisadores de engenharia do Rensselaer Polytechnic Institute e da Rice University revestiram peças de ouro, cobre, e silício com uma única camada de grafeno, e, em seguida, coloque uma gota de água nas superfícies revestidas. Surpreendentemente, a camada de grafeno provou não ter praticamente nenhum impacto na maneira como a água se espalha nas superfícies.

p Os resultados do estudo foram publicados no domingo no jornal Materiais da Natureza . As descobertas podem ajudar a informar uma nova geração de dispositivos eletrônicos flexíveis baseados em grafeno. Adicionalmente, a pesquisa sugere um novo tipo de tubo de calor que usa cobre revestido de grafeno para resfriar chips de computador.

p A descoberta resultou de uma colaboração interuniversitária liderada pelo professor Rensselaer Nikhil Koratkar e pelo professor de arroz Pulickel Ajayan.

p "Nós revestimos várias superfícies diferentes com grafeno, e depois coloque uma gota d'água neles para ver o que aconteceria. O que vimos foi uma grande surpresa - nada mudou. O grafeno era completamente transparente para a água, "disse Koratkar, um membro do corpo docente do Departamento de Mecânica, Aeroespacial, e Engenharia Nuclear e o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais em Rensselaer. "A única camada de grafeno era tão fina que não interrompeu significativamente as forças não aderentes de van der Waals que controlam a interação da água com a superfície sólida. É uma descoberta emocionante, e é outro exemplo das características únicas e extraordinárias do grafeno. "

p Os resultados do estudo são detalhados no Materiais da Natureza artigo "Umedecendo a transparência do grafeno." Veja o artigo online em:http://dx.doi.org/10.1038/NMAT3228

p Essencialmente, uma camada isolada de grafite encontrada comumente em nossos lápis ou o carvão que queimamos em nossas churrasqueiras, o grafeno é uma camada única de átomos de carbono dispostos como uma cerca de arame de galinheiro em nanoescala. O grafeno é conhecido por ter excelentes propriedades mecânicas. O material é forte e resistente e, devido à sua flexibilidade, pode revestir uniformemente quase qualquer superfície. Muitos pesquisadores e líderes em tecnologia veem o grafeno como um material capacitador que pode avançar muito no advento da tecnologia flexível, dispositivos e monitores finos como papel. Usado como revestimento para tais dispositivos, o grafeno certamente entraria em contato com a umidade. Compreender como o grafeno interage com a umidade foi o ímpeto por trás deste novo estudo.

p O espalhamento da água em uma superfície sólida é chamado de umedecimento. O cálculo da molhabilidade envolve colocar uma gota de água na superfície, e então medindo o ângulo em que a gota encontra a superfície. A gota se formará e terá um alto ângulo de contato em uma superfície hidrofóbica. Inversamente, a gota se espalhará e terá um baixo ângulo de contato em uma superfície hidrofílica.

p O ângulo de contato do ouro é de cerca de 77 graus. Koratkar e Ajayan descobriram que depois de revestir uma superfície de ouro com uma única camada de grafeno, o ângulo de contato tornou-se cerca de 78 graus. De forma similar, o ângulo de contato do silício aumentou de cerca de 32 graus para cerca de 33 graus, e o cobre aumentou de cerca de 85 graus para cerca de 86 graus, depois de adicionar uma camada de grafeno.

p Esses resultados surpreenderam os pesquisadores. O grafeno é impermeável, como os pequenos espaços entre seus átomos de carbono ligados são muito pequenos para a água, ou um único próton, ou qualquer outra coisa para passar. Por causa disso, seria de se esperar que a água não agisse como se fosse ouro, silício, ou cobre, já que o revestimento de grafeno evita que a água entre em contato direto com essas superfícies. Mas os resultados da pesquisa mostram claramente como a água é capaz de sentir a presença da superfície subjacente, e se espalha nessas superfícies como se o grafeno não estivesse presente.

p Conforme os pesquisadores aumentaram o número de camadas de grafeno, Contudo, tornou-se menos transparente para a água e os ângulos de contato aumentaram significativamente. Depois de adicionar seis camadas de grafeno, a água não viu mais o ouro, cobre, ou silício e, em vez disso, se comportou como se estivesse apoiado em grafite.

p A razão para esse comportamento desconcertante é sutil. A água forma ligações químicas ou de hidrogênio com certas superfícies, enquanto a atração da água por outras superfícies é ditada por interações não vinculadas chamadas forças de van der Waals. Essas forças de não ligação não são diferentes de uma versão da gravidade em nanoescala, Koratkar disse. Semelhante a como a gravidade dita a interação entre a Terra e o sol, As forças de van der Waals ditam a interação entre átomos e moléculas.

p No caso do ouro, cobre, silício, e outros materiais, as forças de van der Waals entre a superfície e a gota d'água determinam a atração da água para a superfície e ditam como a água se espalha na superfície sólida. Em geral, essas forças têm um alcance de pelo menos vários nanômetros. Por causa do longo alcance, essas forças não são interrompidas pela presença de uma camada de grafeno com a espessura de um átomo entre a superfície e a água. Em outras palavras, as forças de van der Waals são capazes de "olhar através" de revestimentos de grafeno ultrafinos, Koratkar disse.

p Se você continuar a adicionar camadas adicionais de grafeno, Contudo, as forças de van der Waals cada vez mais "vêem" o revestimento de carbono no topo do material, em vez do material da superfície subjacente. Depois de empilhar seis camadas de grafeno, a separação entre o grafeno e a superfície é suficientemente grande para garantir que as forças de van der Waals não possam mais sentir a presença da superfície subjacente e, em vez disso, ver apenas o revestimento de grafeno. Em superfícies onde a água forma ligações de hidrogênio com a superfície, o efeito de transparência umectante descrito acima não se mantém porque tais ligações químicas não podem se formar através da camada de grafeno.

p Junto com a realização de experimentos físicos, os pesquisadores verificaram suas descobertas com modelagem de dinâmica molecular, bem como modelagem teórica clássica.

p "Descobrimos que as forças de van der Waals não são interrompidas pelo grafeno. Este efeito é um artefato da extrema finura do grafeno - que tem apenas cerca de 0,3 nanômetro de espessura, "Koratkar disse." Nada pode rivalizar com a magreza do grafeno. Por causa disso, o grafeno é o material ideal para a transparência do ângulo de umedecimento. "

p "Além disso, o grafeno é forte e flexível, e não racha ou quebra facilmente, "disse ele." Além disso, é fácil revestir uma superfície com grafeno usando deposição química de vapor, e é relativamente simples depositar revestimentos de grafeno uniformes e homogêneos sobre grandes áreas. Finalmente, grafeno é quimicamente inerte, o que significa que um revestimento de grafeno não se oxida. Nenhum sistema de material único pode fornecer todos os atributos acima que o grafeno é capaz de oferecer. "

p Uma aplicação prática desta nova descoberta é o revestimento de superfícies de cobre usadas em desumidificadores. Por causa de sua exposição à água, o cobre em sistemas desumidificadores oxida, o que, por sua vez, diminui sua capacidade de transferir calor e torna todo o dispositivo menos eficiente. O revestimento do cobre com grafeno evita a oxidação, os pesquisadores disseram, e o funcionamento do dispositivo não é afetado porque o grafeno não altera a maneira como a água interage com o cobre. Este mesmo conceito pode ser aplicado para melhorar a capacidade dos tubos de calor de dissipar o calor dos chips de computador, Koratkar disse.

p "É uma ideia interessante. O grafeno não causa nenhuma mudança significativa na molhabilidade do cobre, e ao mesmo tempo, torna a superfície do cobre passiva e evita que ela se oxide, " ele disse.