Les revêtements de graphène peuvent offrir la possibilité de contrôler le processus d'évaporation de l'eau à partir de diverses surfaces, selon de nouvelles recherches.

L'étude, réalisée par une équipe de l'Académie chinoise des sciences et du Collaborative Innovation Center of Quantum Matter (Pékin), ont examiné les interactions des molécules d'eau avec diverses surfaces recouvertes de graphène.

Il est publié aujourd'hui dans la revue Matériaux 2D .

L'auteur principal, le Dr Yongfeng Huang, de l'Académie chinoise des sciences, a déclaré :« L'évaporation des gouttelettes d'eau est un phénomène omniprésent et compliqué, et joue un rôle central dans la nature et l'industrie. Comprendre son mécanisme à l'échelle atomique, et le contrôle rationnel du taux d'évaporation est important pour les applications comprenant le transfert de chaleur et le contrôle de la température corporelle. Cependant, cela reste un défi de taille."

Les expériences de l'équipe ont montré qu'un revêtement de graphène contrôle l'évaporation de l'eau en supprimant le taux d'évaporation sur les surfaces hydrophiles, et accélérer l'évaporation sur les hydrophobes.

Le Dr Huang a déclaré :« Plus important encore, nous avons trouvé que le graphène est « transparent » pour l'évaporation. Lorsqu'une surface hydrophile est recouverte de graphène, la ligne de contact de la goutte d'eau est considérablement raccourcie ou allongée, en raison du réglage des angles de mouillage. Cela conduit à des changements dans le taux d'évaporation."

Les chercheurs voulaient comprendre la « transparence » de l'évaporation induite par le graphène, et découvrir sa structure sous-jacente à l'échelle atomique. Pour faire ça, ils ont mené des simulations de dynamique moléculaire sur l'évaporation de gouttelettes d'eau, sur des surfaces avec et sans revêtement de graphène.

Pour la première fois, ils ont identifié le mécanisme à l'échelle atomique des événements d'évaporation induits par le substrat. Ils ont découvert que la molécule d'eau forme un état précurseur au niveau de la ligne de contact avant qu'elle ne s'évapore.

Le Dr Huang a expliqué :« Une analyse plus approfondie a montré que la densité de l'eau dans les états de transition d'évaporation est la plus élevée au niveau de la ligne de contact, puis décroît de façon exponentielle au fur et à mesure qu'il s'éloigne du substrat. La désorption d'eau unique au niveau de la ligne de contact domine le processus d'évaporation des gouttelettes. Puisque le graphène ne modifie pas l'énergie de liaison d'une seule molécule d'eau, il a des effets négligeables sur l'évaporation de par ligne de contact.

"Nos résultats sont une découverte importante sur l'évaporation médiée par le graphène, et indiquent également de nouvelles façons de contrôler rationnellement le processus d'évaporation, pour des applications réalistes en transfert de chaleur, l'impression et les domaines connexes."

Le professeur James Sprittles de l'Université de Warwick, Le Royaume-Uni a évalué le travail. Il a déclaré : « En utilisant des expériences complétées par des simulations de dynamique moléculaire, Le Dr Huang et ses collègues ont fourni des informations fascinantes sur les mécanismes moléculaires régissant l'évaporation des gouttelettes d'eau sur des substrats revêtus de graphène technologiquement pertinents.

"Leurs recherches montrent que la mouillabilité est la seule responsable des changements de taux d'évaporation, et ouvre simultanément plusieurs sujets intéressants pour de futures recherches, comme la façon dont les effets moléculaires (par exemple, les nanofilms précurseurs et les fluctuations thermiques) peuvent être incorporés dans la modélisation macroscopique. »