美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員成功通過摻雜實(shí)現(xiàn)石墨烯材料表面潤濕與粘附特性的可調(diào)控，為先進(jìn)涂層材料和傳感器的研制提供了可能。該研究成果發(fā)表于著名期刊《納米快報(bào)》上。
石墨烯具有光學(xué)透明以及優(yōu)良的電性能和機(jī)械性能，將顛覆表面涂層及電潤濕顯示等領(lǐng)域。材料的潤濕性指材料表面與水的相互作用，在沒有外部影響時(shí)通常是穩(wěn)定不變的，可分為親水和疏水兩種特性。根據(jù)材料不同的應(yīng)用場(chǎng)合，需要在親水和疏水兩種性質(zhì)中做出選擇。以電潤濕顯示為例，顯示材料的親水特性會(huì)在外加電路作用下得到增強(qiáng)。不同于傳統(tǒng)的塊狀材料，石墨烯可以通過改變電子密度或摻雜來實(shí)現(xiàn)表面潤濕特性的可調(diào)控。
研究人員發(fā)現(xiàn)由于石墨烯暴露在空氣中，表面受到“污染”，而表現(xiàn)出典型的疏水特征，該研究首次通過加入荷電聚合物和金屬（即摻雜），改變石墨烯表面電子密度，進(jìn)而使石墨烯表現(xiàn)出可調(diào)控的潤濕特性，實(shí)現(xiàn)親水-疏水可調(diào)控轉(zhuǎn)變。這一發(fā)現(xiàn)第一次揭示了量子級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移和石墨烯宏觀表面潤濕性之間的聯(lián)系。該研究開辟了無需施加持續(xù)外部電流即可調(diào)表面涂層和電潤濕顯示性能的新路徑，將顯著地節(jié)約能源。
此外，研究人員同時(shí)研究了石墨烯的表面附著力。石墨烯的電子密度會(huì)導(dǎo)致表面粘附力的變化，這決定了石墨烯與親水和疏水分子的相互作用，對(duì)構(gòu)建基于石墨烯的化學(xué)和生物傳感器啟到重要的作用。在該研究成果的啟發(fā)下，可以研制可重復(fù)使用的自清潔石墨烯傳感器，通過先檢測(cè)疏水分子，然后通過調(diào)控石墨烯電子密度提高傳感器親水性，進(jìn)而分離疏水分子。該研究進(jìn)一步拓寬了石墨烯材料的應(yīng)用范圍。
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