Les objets en graphite, tels que les batteries lithium-ion, sont « hydrophobes, " ce qui signifie qu'ils " n'aiment pas " l'eau. Pendant des décennies, ce manque de sympathie a présenté des défis importants en termes de construction d'appareils technologiques plus durables fabriqués avec du graphite - jusqu'à maintenant.
Il semble que des échantillons antérieurs de graphite aient été probablement contaminés par l'air, faisant apparaître les échantillons hydrophobes, selon une étude de l'Université de Pittsburgh. L'équipe Pitt a démontré - pour la première fois - que ces matériaux sont en fait intrinsèquement attirés par l'eau ou "hydrophiles". Les résultats, Publié dans Matériaux naturels , ont des implications particulières pour les batteries lithium-ion et les super condensateurs, car les deux types de batteries sont construits à partir de ces matériaux.
"Ce travail pourrait changer la compréhension fondamentale des propriétés de surface de ces matériaux, " dit Lei Li, co-auteur principal de l'article et professeur adjoint à la Pitt's Swanson School of Engineering. « Ces résultats ont des implications pour produire des batteries plus durables. Et, avec un peu de chance, il sera également important pour la fabrication de dispositifs dans divers domaines de la nanotechnologie. »
C'est l'ancienne étudiante en génie Rebecca McGinley (ENG '12) qui a remarqué les résultats incohérents concernant le "comportement de mouillage" de la surface ou sa réaction à l'eau, poussant l'équipe à enquêter davantage sur les phénomènes étranges. Ils ont trouvé que, lorsque le graphite et le graphène sont exposés à l'air, une fine couche d'hydrocarbure (un composé entièrement composé d'hydrogène et de carbone) a rapidement contaminé la surface. En utilisant la spectroscopie infrarouge et la spectroscopie photoélectronique à rayons X, l'équipe a pu "voir" cette couche d'hydrocarbures, notant son caractère hydrophobe. Cependant, lorsque l'équipe a utilisé la chaleur pour éliminer cette couche de contaminant, la surface est devenue hydrophile.
"Le plastique et d'autres types de matériaux émettent des hydrocarbures dans l'air, " dit Haitao Liu, co-auteur principal de l'article et professeur adjoint au département de chimie de Pitt au sein de la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. "Et cela n'a pas été un facteur dans les expériences d'échantillons précédentes. Dans le passé, la communauté des chercheurs croyait que le graphite n'aimait pas l'eau, peut-être parce que leurs échantillons étaient toujours contaminés; la contamination se produit généralement dans les 10 minutes.
Liu et Li affirment que cette mouillabilité pourrait avoir un impact sur la quantité d'énergie pouvant être stockée dans de tels appareils utilisant des batteries lithium-ion ou des super condensateurs. L'équipe va maintenant mener des études de suivi pour comprendre les origines de leurs observations et étudier comment le contrôle de cette mouillabilité peut impacter certaines des applications du graphite (par exemple la lubrification et le stockage d'énergie).
