Objetos feitos de grafite - como baterias de íon-lítio - são "hidrofóbicos, "o que significa que eles" não gostam "de água. Por décadas, essa falta de simpatia apresentou desafios significativos em termos de construção de dispositivos tecnológicos mais duráveis feitos com grafite - até agora.
Parece que as amostras anteriores de grafite provavelmente foram contaminadas pelo ar, fazendo com que as amostras pareçam hidrofóbicas, de acordo com um estudo da Universidade de Pittsburgh. A equipe Pitt demonstrou - pela primeira vez - que esses materiais são, na verdade, intrinsecamente atraídos pela água ou "hidrofílicos". As evidências, publicado em Materiais da Natureza , têm implicações específicas para baterias de íon-lítio e supercapacitores, já que ambos os tipos de bateria são construídos com esses materiais.
"Este trabalho pode mudar o entendimento fundamental das propriedades superficiais desses materiais, "disse Lei Li, co-autor principal do artigo e professor assistente da Escola de Engenharia Swanson de Pitt. "Essas descobertas têm implicações para a produção de produtos mais fortes, baterias mais duráveis. E, esperançosamente, também será importante para a fabricação de dispositivos em diversas áreas da nanotecnologia. ”
Foi a ex-estudante de graduação em engenharia Rebecca McGinley (ENG '12) que notou os resultados inconsistentes em relação ao "comportamento de umedecimento" da superfície ou sua reação à água, empurrando a equipe para investigar melhor os fenômenos estranhos. Eles descobriram que, quando grafite e grafeno são expostos ao ar, uma fina camada de hidrocarboneto (um composto feito inteiramente de hidrogênio e carbono) contaminou rapidamente a superfície. Usando espectroscopia infravermelha e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, a equipe foi capaz de "ver" esta camada de hidrocarboneto, observando sua natureza hidrofóbica. Contudo, quando a equipe usou calor para remover esta camada contaminante, a superfície tornou-se hidrofílica.
"Plástico e outros tipos de materiais emitem hidrocarbonetos no ar, "disse Haitao Liu, co-autor principal do artigo e professor assistente do Departamento de Química de Pitt na Escola de Artes e Ciências Kenneth P. Dietrich. "E isso não foi um fator em experimentos de amostra anteriores. No passado, a comunidade de pesquisa acreditava que o grafite não 'gostava' de água, possivelmente porque suas amostras estavam sempre contaminadas; a contaminação ocorre normalmente em 10 minutos. "
Liu e Li dizem que essa molhabilidade pode ter um impacto sobre a quantidade de energia que pode ser armazenada em tais dispositivos que usam baterias de íon-lítio ou supercapacitores. A equipe irá agora realizar estudos de acompanhamento para entender as origens de suas observações e estudar como o controle dessa molhabilidade pode impactar algumas das aplicações de grafite (por exemplo, lubrificação e armazenamento de energia).
