Le graphène flottant sur l'eau ne repousse pas l'eau, comme le croient de nombreux chercheurs, mais l'attire plutôt. Cela a été démontré par les chimistes Liubov Belyaeva et Pauline van Deursen et leur superviseur Grégory F. Schneider. L'étude est publiée dans Matériaux avancés .

Le graphène est composé du même matériau que le graphite - que l'on retrouve dans les crayons par exemple - c'est pourquoi on a longtemps supposé que, comme le graphite, le graphène est hydrofuge. Une différence clé par rapport au graphite est que le graphène n'a pas plus d'un atome d'épaisseur.

Les études sur le graphène ont donné lieu à des idées divergentes sur ses propriétés mouillantes. Les chercheurs de Leiden ont maintenant découvert que la surface du graphène sur l'eau, à condition qu'il soit propre et lisse, est hydrophile. En d'autres termes, le graphène dans l'eau attire l'eau.

Cette idée est très importante pour les futures applications du graphène. Sa fine couche atomique d'atomes de carbone, disposé dans une structure en nid d'abeille, rendre le matériau adapté à une utilisation dans des biocapteurs pour décoder l'ADN. Ce matériau ultra-fin peut également être utilisé dans les capteurs, filtration de l'eau et membranes des piles à combustible. Dans tous ces cas, une couche de graphène est exposée à l'eau des deux côtés.

Pendant longtemps, le graphène était considéré comme hydrophobe, ou hydrofuge. Les chercheurs supposent que cela est dû au fait que le graphène est généralement produit sur une surface métallique et est ensuite transféré sur un support solide tel qu'une plaquette de silicium. Au cours de ce processus de transfert, cependant, le graphène peut être endommagé ou contaminé, ce qui peut influencer le comportement de mouillage.

Pour déterminer si la surface d'une couche intacte de graphène est hydrophile ou non, une goutte d'eau doit être introduite sur la couche. Il est alors possible de déterminer à partir de la courbure de la goutte si la surface est hydrofuge, comme un imperméable, ou s'il attire l'eau. Tant pis pour la théorie, car en pratique une telle goutte va immédiatement déchirer la fine couche de graphène, entraînant des fissures, après quoi il ne reste plus grand-chose à mesurer.

Les chercheurs ont résolu ce problème en utilisant de la glace ou de l'hydrogel au lieu de l'eau comme couche de support. La glace et l'hydrogel sont beaucoup plus forts et sont de bons imitateurs de l'eau. Les chercheurs ont ensuite pu introduire de minuscules gouttelettes d'eau sur le graphène et mesurer l'angle de contact entre la surface du graphène et l'extérieur de la gouttelette. Ils ont également répété les mesures en utilisant d'autres liquides de polarité différente. Ils ont ensuite pu déterminer que toutes les interactions moléculaires de l'eau sous-jacente sont ressenties par les molécules d'eau dans la gouttelette ci-dessus. Cette transparence totale est la conséquence de l'extrême finesse du graphène, et cela explique pourquoi le graphène est hydrophile sur l'eau.

Cette découverte a un grand impact sur les applications du graphène dans les capteurs, filtration de l'eau, et les piles à combustible à membrane, qui contiennent tous du graphène exposé à l'eau. Les développeurs devront envisager un point de départ complètement différent, à savoir que le graphène avec lequel ils travaillent n'est pas hydrophobe, mais hydrophile.