L'incroyable électrique, propriétés optiques et de résistance du graphène, une couche de carbone d'un seul atome d'épaisseur, ont fait l'objet de nombreuses recherches au cours de la dernière décennie. Récemment, le matériau a été étudié en tant que revêtement qui pourrait conférer une conductivité électrique tout en conservant d'autres propriétés du matériau sous-jacent.

Mais la "transparence" d'un tel revêtement de graphène au mouillage - une mesure du degré auquel les liquides se répandent ou perlent sur une surface - n'est pas aussi absolue que certains chercheurs l'avaient pensé. De nouvelles recherches au MIT montrent que pour les matériaux à mouillabilité intermédiaire, le graphène préserve les propriétés du matériau sous-jacent. Mais pour les cas plus extrêmes—surfaces superhydrophobes, qui repoussent intensément l'eau, ou superhydrophiles, qui provoquent l'étalement de l'eau - une couche supplémentaire de graphène modifie considérablement le comportement des matériaux enduits.

C'est important, car ces cas extrêmes sont généralement du plus grand intérêt. Par exemple, le revêtement d'un matériau superhydrophobe avec du graphène était considéré comme un moyen possible de fabriquer des circuits électroniques qui seraient protégés des courts-circuits et de la corrosion dans l'eau. Mais ce n'est pas si simple, la nouvelle recherche montre.

Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Lettres d'examen physique par les professeurs Daniel Blankschtein et Michael Strano, étudiant diplômé Chih-Jeh Shih, et trois autres post-doctorants et étudiants du MIT.

Blankschtein, le professeur Herman P. Meissner '29 de génie chimique, étudie depuis longtemps les propriétés mouillantes. Il n'avait jamais examiné le graphène auparavant, mais a décidé d'explorer sa mouillabilité maintenant qu'il s'agit d'un matériau de grand intérêt pour les chercheurs.

Parce que la transparence du graphène à la mouillabilité s'est avérée ne pas être parfaite, Blankschtein dit, "Cette constatation peut être considérée comme un résultat négatif." Mais, il ajoute, « il est pourtant extrêmement important pour la communauté scientifique, parce qu'il [montre] ce qui peut réellement être accompli dans la pratique."

La plupart des matériaux conducteurs d'électricité, fait-il remarquer, sont hydrophiles :l'eau s'y répand facilement, mouiller abondamment la surface. "D'autre part, " il dit, "pour de nombreuses applications électroniques et militaires, il est important de fabriquer hydrophobe, surfaces électriquement conductrices. » Et bien que la transparence du graphène à la mouillabilité ne soit pas parfaite, il peut encore être assez bon pour de telles applications, il dit.

Cette recherche, qui comprenait à la fois la modélisation théorique et la confirmation expérimentale, montre qu'en déposant une grande feuille de graphène, développé par un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur, sur la surface d'un autre matériau, "il serait possible d'induire une conductivité électrique en surface, tout en préservant partiellement le comportement de mouillage de surface souhaité, " dit Blankschtein. En fait, il ajoute, l'angle de contact d'une telle surface - la mesure de la mesure dans laquelle elle empêche le mouillage - "est considéré comme l'un des plus élevés possibles sur un plat, surface électriquement conductrice à ce jour."

Shih, l'auteur principal de l'article, dit, « Nous avons démontré que la mouillabilité d'un transparent, la surface recouverte de graphène peut être manipulée sans nuire à sa conductivité thermique/électrique. » C'est utile car « en général, les surfaces conductrices ont une mouillabilité très élevée en raison de leur tension superficielle élevée, et il est généralement très difficile de produire une surface thermiquement/électriquement conductrice avec une mouillabilité réglable"—une mouillabilité qui peut être contrôlée presque à volonté.

L'équipe qualifie cette transmission partielle des caractéristiques sous-jacentes de « translucidité, " plutôt que la transparence, de mouillabilité.

En sélectionnant une combinaison particulière d'un matériau sous-jacent avec un revêtement de graphène, différentes combinaisons d'électricité, des caractéristiques optiques et de mouillage peuvent être obtenues, Shih déclare :« Les gens peuvent contrôler les propriétés de mouillage du substrat… cette percée réussit à découpler la conductivité et la mouillabilité d'un matériau.

Quoi de plus, cela ouvre de nouvelles possibilités pour des appareils pratiques, parce que les matériaux impliqués sont déjà largement utilisés dans l'industrie, Shih dit :« En raison de sa compatibilité avec les processus de semi-conducteurs d'aujourd'hui, de nombreuses opportunités intéressantes peuvent être recherchées dans les domaines de la microélectronique, Transfert de chaleur à l'échelle nanométrique et dispositifs microfluidiques pour concevoir simultanément la mouillabilité souhaitée, transfert de chaleur et transport électronique."

Blankschtein souligne qu'en plus des applications potentielles, "Je suis enthousiasmé par cela d'un point de vue fondamental." Ça montre, il dit, que "vous ne pouvez pas supposer que vous pouvez simplement prendre un substrat et y déposer du graphène sans perturber le comportement de mouillage". En comprenant ce comportement complexe, « nous pouvons apprendre à en tirer parti. »