p (Phys.org) —Os pesquisadores de engenharia do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram uma nova cortina feita de grafeno - o material mais fino conhecido pela ciência - que pode aumentar as propriedades de resistência à água de materiais com superfícies ásperas. p Essas "nanodrapes" têm menos de um nanômetro de espessura, Quimicamente inerte, e fornecem uma camada de proteção sem alterar as propriedades do material subjacente. A equipe de pesquisadores, liderado pelo professor Rensselaer Nikhil Koratkar, demonstraram como as gotas de água encontram significativamente menos atrito quando se movem através de uma superfície coberta com uma nanodrape.

p Esta inovação tem potencial para beneficiar dispositivos lab-on-chip, ensaios de alto rendimento, superfícies autolimpantes, e muitas outras aplicações que requerem o movimento de gotas de líquido em superfícies sólidas.

p "Nanodrapes de grafeno são as mais finas, as cortinas mais transparentes que podemos imaginar. Além de fornecer uma barreira contra a água, essas cortinas são opticamente transparentes e causam alterações mínimas na topologia da superfície subjacente, "disse Koratkar, o John A. Clark e Edward T. Crossan Professor de Engenharia em Rensselaer. "Descobrimos que esta cortina ultrasheer impede a penetração de água em superfícies texturizadas, que tem implicações tecnológicas interessantes e potencialmente importantes para muitas aplicações em micro e nanofluídica. "

p Gotas de água podem ficar facilmente presas ou "presas" a um material com uma superfície áspera nanotexturizada. Quando a gota cai no material, a energia da queda empurra ou desloca as pequenas quantidades de ar presas na superfície texturizada. Uma vez neste estado fixado, é difícil soltar a gota e movê-la pela superfície.

p Cobrindo a superfície com uma cortina impermeável de grafeno, Contudo, evita que uma gota fique presa à superfície. A nanodrape cria uma barreira que evita que a gota d'água penetre e desloque o ar da superfície texturizada. Em vez de, a gota fica em cima da cortina, com atrito reduzido entre eles, o que, por sua vez, torna mais fácil mover a gota na superfície, Koratkar disse. Enquanto ajuda a minimizar esse atrito, a nanodrape ultrasheer causa interrupção mínima na superfície subjacente.

p As nanodrapes quadradas medem vários centímetros de comprimento, e uma vez aplicado a uma superfície são detectáveis ​​apenas com um microscópio poderoso. Koratkar e a equipe de pesquisa jogaram pequenas quantidades de água em uma superfície de nanobastões de cobre, e a mesma superfície coberta com uma nanodrape. A água que caiu na superfície nua espalhou-se para formar grandes gotas planas indicativas de uma superfície hidrofílica, enquanto a água caiu em superfícies nanodraped formaram uma gota muito mais redonda ou esférica indicativa de um repelente de água ou superfície hidrofóbica. Os pesquisadores também usaram câmeras de alta velocidade para observar e medir a forma das gotas ao atingirem a superfície, espalhar, contraído, e finalmente resolvido. Uma vez resolvido, a molhabilidade da superfície foi caracterizada pela medição do ângulo em que a gota de líquido contatou a superfície sólida.

p Koratkar disse que as propriedades de resistência à água são aparentes após a aplicação de uma única nanodrape, mas as propriedades são aprimoradas com a adição de algumas camadas adicionais. Rachaduras e rugas do tamanho de um nanômetro provavelmente se formam na primeira camada conforme ela é aplicada e se acomoda na superfície. A segunda camada e as subsequentes provavelmente sofrem de menos defeitos, e ajuda a encobrir defeitos na primeira camada.

p Koratkar e sua equipe de pesquisa criam as nanodrapes cultivando grafeno - uma única camada de átomos de carbono dispostos como uma cerca de arame de galinheiro em nanoescala - sobre um substrato de cobre. Eles então revestem o grafeno com um filme de polímero, e usar ácidos fracos para remover ou remover o cobre, que deixa a camada de polímero com o filme de grafeno flutuando no topo dos ácidos líquidos. A camada de polímero com folha de grafeno é então transferida para uma superfície, e a camada de polímero é lavada suavemente com acetona. O que resta é a espessura de um único átomo de carbono, ultra-transparente, cortina impermeável de grafeno.

p Este estudo é o mais recente da Koratkar, cuja pesquisa está posicionada nas interseções da nanotecnologia, energia, e sustentabilidade. Seu trabalho tem como foco a síntese, caracterização, e aplicação de sistemas de materiais em nanoescala, incluindo grafeno. Seu grupo de pesquisa usa diferentes técnicas para investigar maneiras de incorporar esses materiais em vários compósitos, revestimentos, e aplicativos do dispositivo.

p Os resultados do estudo foram publicados no início deste ano pela revista ACS Nano no artigo "Cortina de grafeno minimiza a fixação e a histerese de gotas de água em superfícies ásperas nanotexturizadas."