Les scientifiques de l'Université Rice qui ont inventé le graphène induit par laser (LIG) pour des applications telles que les supercondensateurs ont maintenant trouvé un moyen de rendre le graphène spongieux soit superhydrophobe, soit superhydrophile.

Jusque récemment, le Rice lab de James Tour n'a fait LIG qu'en plein air, en utilisant un laser pour graver une partie du chemin à travers une feuille de polyimide flexible pour obtenir des flocons de graphène interconnectés. Mais mettre le polymère dans un environnement fermé avec divers gaz a modifié les propriétés du produit.

La formation de LIG dans l'argon ou l'hydrogène le rend superhydrophobe, ou évitant l'eau, une propriété très appréciée pour séparer l'eau de l'huile ou les surfaces de dégivrage. Sa formation dans l'oxygène ou l'air le rend superhydrophile, ou attirant l'eau, et cela le rend très soluble.

La recherche à Rice et à l'Université Ben Gourion en Israël fait l'objet d'un article dans Advanced Materials.

"Les laboratoires pouvaient rendre le graphène hydrophobe ou hydrophile auparavant, mais cela impliquait plusieurs étapes de processus de dépôt chimique en phase humide ou chimique en phase vapeur, " a déclaré Tour. " Nous faisons cela en une seule étape avec des matériaux relativement bon marché dans une chambre à atmosphère maison. "

Les laboratoires ont obtenu un bonus lorsqu'ils ont découvert que la fabrication de LIG dans l'oxygène augmentait le nombre de défauts - anneaux à 5 et 7 atomes - dans les flocons de graphène, améliorer sa capacité et ses performances lorsqu'il est utilisé comme matériau d'électrode pour les microsupercondensateurs.

Des changements dans le contenu chimique du gaz et même des changements dans la direction du motif de trame laser ont modifié le matériau, conduisant les chercheurs à croire que les propriétés hydrophobes ou philiques de LIG pourraient être ajustées.

Ils ont également découvert lorsqu'ils ont gratté du graphène d'une feuille de polymère hydrophile et l'ont transformé en un film, le résultat était plutôt hydrophobe. "Cela nous amène à croire que l'orientation de la surface des flocons de LIG a beaucoup à voir avec la façon dont il réagit avec l'eau, " dit Tour. " Si les bords sont plus exposés, il semble être hydrophile; si les plans basaux sont plus exposés, leurs propriétés hydrophobes prennent le dessus."

Ce qui rend un matériau "super" dans les deux sens, c'est l'angle auquel il rencontre l'eau. Un matériau avec un angle de contact de 0 degré est considéré comme superhydrophile. Dans ce cas, l'eau se déposerait sur le matériau dans une flaque d'eau. Si l'angle est de 150 degrés ou plus, c'est superhydrophobe ; l'angle est déterminé par la quantité de perles d'eau. (Un angle de 180 degrés serait une sphère parfaitement assise au-dessus de LIG.)

La découverte que le type de surface et la chimie affectent le LIG devrait également permettre une certaine latitude pour ajuster les propriétés du matériau, Tour dit. En réalité, quand ils ont utilisé un gaz de soufre/fluor pour le faire, ils ont élevé la superhydrophobie de LIG à 160 degrés.