p Físicos da Universidade de Umeå e da Universidade Humboldt de Berlim resolveram um mistério que intrigou cientistas por meio século. Eles mostram com a ajuda de microscópios poderosos que a distância entre as camadas de óxido de grafite aumenta gradualmente quando as moléculas de água são adicionadas. Isso ocorre porque a superfície do óxido de grafite não é plana, mas varia em espessura com "colinas" e "vales" de tamanho nano. As novas descobertas são publicadas na revista científica Nano Letras . p "Agora podemos entender melhor os mecanismos de inserção de solvente entre as camadas de óxido de grafeno. Isso aumenta nosso conhecimento sobre as membranas ultrafinas e ajuda a projetar novos tipos de membranas com propriedades de permeação que podem ser ajustadas com precisão pela adição de água e vários outros solventes, "diz Alexandr Talyzin, pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Umeå.

p O óxido de grafite é um material único e útil, com muitas propriedades incomuns. Ele pode se dissolver facilmente em água e formar camadas atômicas únicas de folhas de óxido de grafeno. Os flocos superfinos podem então ser dispostos em uma membrana de multicamadas com a capacidade única de incorporar vários solventes entre as camadas.

p Já na década de 60, tais membranas foram testadas para aplicações de dessalinização e filtração de água do mar. Estudos recentes mostram que as membranas de óxido de grafeno também podem ser usadas para separar líquidos e gases. Filmes finos de óxido de grafeno podem separar misturas binárias de gases com eficiência bastante alta. Ainda mais interessante, as características de separação podem ser ajustadas com precisão por vapores de água.

p As moléculas de água penetram facilmente entre as camadas de óxido de grafeno e há muito se sabe que a distância entre as camadas de óxido de grafeno depende da umidade. Pela lógica simples, isso significa que a distância entre as camadas deve mudar em etapas correspondentes ao tamanho das moléculas de água. O que intrigou os cientistas por meio século é que a distância entre as camadas, conforme medido por métodos de difração, está mudando gradualmente proporcionalmente à mudança de umidade.

p "Obviamente, não podemos inserir um quarto de moléculas ou meias moléculas. Então, por que vemos mudanças contínuas na distância entre as camadas de óxido de grafeno? Decidimos estudar as camadas de óxido de grafeno com métodos microscópicos modernos, o que estranhamente não havia sido feito antes ", diz Alexandr Talyzin.

p Até agora o quebra-cabeça havia sido explicado com um fenômeno chamado interstratificação - um empilhamento aleatório de camadas com diferentes números de camadas de água - e o que é medido pelos dados de difração tem sido um valor médio relacionado às diferentes proporções entre o número de camadas com diferentes graus de hidratação.

p O novo estudo conduzido por físicos da Universidade Humboldt em Berlim, juntamente com a equipe de pesquisa de Alexandr Talyzin na Universidade de Umeå, fornece uma explicação diferente. Com microscopia de alta resolução, Microscopia de força de varredura, os pesquisadores puderam medir a distância absoluta entre duas camadas de óxido de grafeno e registrar as mudanças em função da umidade.

p "A distância entre duas camadas únicas de óxido de grafeno obviamente mudou gradualmente novamente, mas a explicação para esse efeito foi revelada como áreas do tamanho de nanômetros que não eram igualmente preenchidas com água. Claro, o efeito da interestratificação foi excluído em nossos experimentos porque estudamos apenas duas camadas e uma única distância ", diz Alexandr Talyzin.

p Os resultados indicam que representar o óxido de grafeno como um plano plano não é correto. Isto é, em vez, uma camada relativamente espessa (cerca de duas vezes a espessura do grafeno) com uma variação de espessura, incluindo "colinas" e "vales" de tamanhos diferentes. Adicionar moléculas de água aumenta a espessura desta camada localmente, mas não é necessário devido ao tamanho exato da molécula de água se alguns "vales" forem preenchidos primeiro. Quando todos os locais de adsorção de água disponíveis ("vales") são preenchidos, uma camada de água adicional é adicionada de uma vez. Isso acontece com umidade muito alta ou em água líquida.

p Sobre o óxido de grafite:

p O grafeno é uma película fina de carbono, apenas um átomo de espessura. É um material adsortivo único devido à sua superfície extremamente grande. Um grama de grafeno tem uma superfície comparável a um campo de futebol. Este espaço seria ideal para adsorção de gases e líquidos em aplicações de armazenamento de gás, extração de impurezas da água, e assim por diante, a menos que o grafeno seja hidrofóbico, o que significa que sua superfície repele a água. A oxidação do grafeno resulta em mudanças notáveis ​​em suas propriedades. O óxido de grafeno é hidrofílico e atraído pela água, e é ainda altamente solúvel em água. Um material que consiste em muitas camadas de óxido de grafeno é chamado de óxido de grafite. Uma possível aplicação na área ambiental é a purificação de solo e água do mar contaminados. O óxido de grafeno funciona como um filtro que separa todos os outros componentes da água, exceto as moléculas de água.