Une technique pour étudier le comportement de mouillage de l'eau sur le phosphorène - la forme monocouche du phosphore noir - a été développée par les chercheurs d'A*STAR cherchant à mieux comprendre les propriétés qui pourraient permettre ses applications commerciales.

Phosphorène, contrairement à d'autres matériaux 2D couramment utilisés, tels que le graphène et le bisulfure de molybdène, possède une anisotropie structurelle, dans lequel il présente des propriétés physiques différentes le long d'axes dans des directions différentes. Cette propriété pourrait permettre de fabriquer du phosphorène avec une mouillabilité réglable pour une utilisation dans les sciences biologiques. Pourtant jusqu'à maintenant, on savait peu de choses sur le comportement de mouillage de ce matériau.

Pour réaliser le potentiel du phosphorène, cependant, nécessite une compréhension approfondie de la façon dont il interagit avec les biomolécules et les fluides. Cela a conduit Chen Shuai, et ses collègues de l'A*STAR Institute of High Performance Computing pour développer une technique permettant d'étudier les caractéristiques de mouillage des gouttelettes d'eau sur le phosphorène.

Les chercheurs ont étudié l'angle de contact, une mesure de la force relative de l'interaction entre le phosphorène et les gouttelettes d'eau, qui détermine ses caractéristiques de mouillabilité. De nombreuses propriétés du phosphorène, tels que la bande interdite électronique et l'adsorption atomique/moléculaire, dépendent de la couche, ils ont donc également pris en compte le comportement de mouillage sur le phosphorène multicouche.

Pour ce faire, ils ont d'abord utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour observer les effets de différentes tailles de gouttelettes et du nombre de couches de phosphorène sur l'angle de contact.

Comme le phosphorène a une forte anisotropie structurelle, ils ont également exploré le comportement de diffusion des gouttelettes d'eau sur le phosphorène, avec et sans défauts, pour leur effet sur l'angle de contact.

"L'angle de contact d'une goutte d'eau sur le phosphorène est important pour les applications biologiques du phosphorène, " explique Chen. " Parce que c'est une propriété intrinsèque, nous avons étudié l'effet de la taille des gouttelettes d'eau, nombre de couches de phosphorène, et la distribution des défauts sur l'angle de contact du phosphorène vierge et défectueux."

"Nous avons constaté que l'angle de contact diminuait lorsque le nombre de couches de phosphorène passait d'une à trois, mais a ensuite convergé vers une valeur constante lorsque le nombre de couches était supérieur à trois, " dit Chen. " Les résultats pour le phosphorène défectueux démontrent que l'angle de contact dans différentes directions augmente avec l'augmentation de la concentration de défauts. "

Le travail démontre que la propriété de mouillage du phosphorène est accordable avec le nombre de couches et la répartition des défauts, qui sont essentiels pour manipuler le mouillage de l'eau et l'adsorption des protéines sur des dispositifs à base de phosphorène pour une utilisation dans des applications biologiques et nanofluidiques.

« Sur la base de ces résultats de nos recherches, nous avons maintenant l'intention d'explorer l'interaction du phosphorène avec des biomolécules dans un milieu aquatique, " dit Chen.