Le groupe de détection quantique du National Physical Laboratory (NPL) vient de publier des recherches sur l'hydrophobie du graphène épitaxié, qui pourrait être utilisé à l'avenir pour mieux adapter les revêtements de graphène aux applications en médecine, électronique et plus encore. Contrairement aux idées reçues, les résultats indiquent que l'hydrophobie du graphène est fortement dépendante de l'épaisseur, le graphène monocouche étant significativement plus hydrophile que ses homologues plus épais.

Le graphène est un cristal bidimensionnel de carbone, avec de nombreuses applications potentielles telles que l'électronique flexible, transistors efficaces et nouveaux capteurs. Pour encourager l'adoption du graphène pour les applications électriques, les défis de la production à grande échelle et du contrôle de ses propriétés dans diverses conditions environnementales doivent être relevés.

De nombreux appareils à base de graphène devront fonctionner dans des conditions ambiantes où l'humidité est non nulle et non surveillée. L'humidité de l'air peut affecter les performances du graphène en modifiant ses propriétés mécaniques et électriques - il est donc extrêmement important d'obtenir des connaissances sur l'affinité du graphène avec l'eau.

La nouvelle étude, menée en collaboration avec le Laboratoire de recherche navale, aborde la question très débattue de savoir si le graphène est hydrophobe ou hydrophile. L'hypothèse courante est que le graphène, comme beaucoup d'autres matériaux à base de carbone, est hydrophobe. Ce travail, publié dans la revue American Chemical Society ACS Nano , a prouvé que la question était beaucoup plus compliquée qu'on ne le pensait à première vue.

Les propriétés d'adhérence et de friction du graphène simple et double couche ont été étudiées en utilisant la microscopie à force chimique avec une sonde hydrophobe - une variante de la microscopie à force atomique où un substrat est étudié en utilisant les forces entre une sonde et une surface. Une force d'adhésion plus importante a été mesurée entre la sonde et le graphène double/triple couche par rapport au graphène monocouche, montrant que le graphène double/triple couche est plus hydrophobe. Cela suggère que l'hydrophobie dépend de l'épaisseur des couches de graphène.

Ces résultats ont été confirmés par la cartographie à l'échelle nanométrique des forces de friction :les domaines hydrophobes ont montré une force de friction plus faible, un résultat cohérent avec le fait que les différents niveaux d'hydrophobie ont tendance à affecter l'arrangement des molécules d'eau environnantes et, à son tour, le mouvement de glissement de la pointe de la sonde.

Les techniques démontrées par NPL pourraient être utilisées à l'avenir pour approfondir notre compréhension du comportement de mouillage du graphène, avec un accent particulier sur les effets des différentes méthodes de production de graphène. En particulier, il ouvre la voie à la différenciation des revêtements à base de graphène et à leur adaptation à une application spécifique.

Par exemple, les revêtements plus épais (graphène double couche ou plus) sont idéaux pour les applications hydrophobes, tels que les équipements médicaux et les composants électroniques. D'autre part, des revêtements de graphène monocouche pourraient être utilisés lorsqu'une surface hydrophile est requise, comme par exemple dans les verres antibuée et les revêtements pour les bâtiments.