石墨烯是疏水性材料？還是親水性材料?

  英國國家物理實驗室（NPL）量子檢測組的研究人員最近公布了一項關(guān)于探索外延石墨烯的親疏水性問題的研究，這種外延石墨烯在將來會更好的被用于調(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。與人們對于石墨烯廣泛的認(rèn)知相反，這項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)境中仍要保持其獨特性質(zhì)的技術(shù)問題等。許多石墨烯基的設(shè)備裝置都是在濕度為非零的環(huán)境下運行。空氣濕度能夠通過改變石墨烯材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能進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)知識就變得非常重要了。

  這項與美國海軍研究實驗室合作的新研究就討論了一個備受爭議的問題：石墨烯到底屬于疏水性材料還是親水性材料？最常見的假設(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。該項目的研究人員已經(jīng)將其研究成果發(fā)表在了美國化學(xué)學(xué)會的《Nano》（《納米》）雜志上。該項目研究結(jié)果證實這個問題遠比人們最開始所認(rèn)為的要復(fù)雜的多。 

  研究人員利用一個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基體進行研究的原子力學(xué)顯微鏡的一個變體）對單層石墨烯和多層石墨烯材料的粘附性及摩擦特性進行了研究。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。

  研究者們又通過對摩擦力的研究進一步證實了上述結(jié)果：疏水區(qū)顯示較低的摩擦力，這種結(jié)果符合一個事實：不同程度的疏水性會影響周圍水分子的排列，反過 來水分子的排列改變又會影響到探針端部的滑動。 

  這項技術(shù)已經(jīng)由英國國家物理實驗室證實可以用于進一步研究石墨烯的潤濕行為。尤其是這種技術(shù)為區(qū)分石墨烯基涂層并對其進行調(diào)整，使其適用于某個特殊領(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。