石墨烯是疏水性材料？還是親水性材料?

  英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）量子檢測(cè)組的研究人員最近公布了一項(xiàng)關(guān)于探索外延石墨烯的親疏水性問(wèn)題的研究，這種外延石墨烯在將來(lái)會(huì)更好的被用于調(diào)控石墨烯涂層材料，使其在醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)等許多方面取得更多的應(yīng)用。與人們對(duì)于石墨烯廣泛的認(rèn)知相反，這項(xiàng)研究表明石墨烯材料的疏水性與其厚度有很大關(guān)系，單層石墨烯較更厚的多層石墨烯而言，具有更高的親水性。

  石墨烯是一種二維的碳材料，具有許多潛在的應(yīng)用，例如用在柔性電子、高效晶體管以及新型傳感器等方面。為了進(jìn)一步加大石墨烯材料在電子領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，人們需要解決許多難題，主要包括大規(guī)模量產(chǎn)以及在不同的環(huán)境中仍要保持其獨(dú)特性質(zhì)的技術(shù)問(wèn)題等。許多石墨烯基的設(shè)備裝置都是在濕度為非零的環(huán)境下運(yùn)行?？諝鉂穸饶軌蛲ㄟ^(guò)改變石墨烯材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能進(jìn)而影響這類材料的使用效果。因此，了解關(guān)于石墨烯材料水分親和力的相關(guān)知識(shí)就變得非常重要了。

  這項(xiàng)與美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室合作的新研究就討論了一個(gè)備受爭(zhēng)議的問(wèn)題：石墨烯到底屬于疏水性材料還是親水性材料？最常見(jiàn)的假設(shè)就是石墨烯材料與許多其他碳基材料一樣，都屬于疏水性材料。該項(xiàng)目的研究人員已經(jīng)將其研究成果發(fā)表在了美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的《Nano》（《納米》）雜志上。該項(xiàng)目研究結(jié)果證實(shí)這個(gè)問(wèn)題遠(yuǎn)比人們最開(kāi)始所認(rèn)為的要復(fù)雜的多。 

  研究人員利用一個(gè)配有疏水性探針的化學(xué)力顯微鏡（利用探針和表面的相互作用力對(duì)基體進(jìn)行研究的原子力學(xué)顯微鏡的一個(gè)變體）對(duì)單層石墨烯和多層石墨烯材料的粘附性及摩擦特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，探針和雙層/三層石墨烯之間的粘附力較探針與單層石墨烯之間的粘附力更大，這意味著雙層/三層石墨烯更加疏水。這些研究表明石墨烯材料的疏水性程度取決于石墨烯的厚度。

  研究者們又通過(guò)對(duì)摩擦力的研究進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)果：疏水區(qū)顯示較低的摩擦力，這種結(jié)果符合一個(gè)事實(shí)：不同程度的疏水性會(huì)影響周圍水分子的排列，反過(guò) 來(lái)水分子的排列改變又會(huì)影響到探針端部的滑動(dòng)。 

  這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)由英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室證實(shí)可以用于進(jìn)一步研究石墨烯的潤(rùn)濕行為。尤其是這種技術(shù)為區(qū)分石墨烯基涂層并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使其適用于某個(gè)特殊領(lǐng)域做好了鋪墊。例如，厚涂層（雙層石墨烯或者層數(shù)更多）在疏水方面的應(yīng)用是非常理想的，如醫(yī)療器械和電子元件等；而單層石墨烯涂層材料可用于需要親水性表面的領(lǐng)域，例如用在建筑行業(yè)中的抗霧玻璃和涂層等。