導讀

　　近日，在一篇發(fā)表于《先進材料》雜志的論文中，荷蘭萊頓大學的化學家們表示：水面上的石墨烯不是疏水的，而是親水的。這一發(fā)現(xiàn)將對石墨烯在傳感器、濾水以及基于膜的燃料電池方面的應(yīng)用，產(chǎn)生非常大的影響。

　　背景

　　石墨烯，是一種只有單個原子層厚度的二維材料，也可以稱為“單原子層石墨”。它與石墨是由同一種材料制成。石墨，相信大家并不陌生，因為我們常用的鉛筆芯的主要成分就是石墨。石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　石墨烯具有許多優(yōu)秀的特性，作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯享有“黑金”、“新材料之王”等美譽。科學家們甚至預言，石墨烯極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

　　石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，例如：柔性電子、高效晶體管、新型傳感器、新材料、電池、超級電容、半導體制造、新能源、通信、太赫茲技術(shù)、醫(yī)療等方面，之前筆者在多篇文章中都有過介紹，這里就不再贅述了。

　　然而，石墨烯到底屬于疏水性材料還是親水性材料？長時間以來，最常見的假設(shè)就是：與許多其他碳基材料例如石墨一樣，石墨烯被認為是疏水性材料。

　　創(chuàng)新

　　但是，在一篇發(fā)表于《先進材料》（AdvancedMaterials）雜志的論文中，荷蘭萊頓大學的化學家LiubovBelyaeva和PaulinevanDeursen以及他們的導師GrégoryF.Schneider表示：這個問題遠比人們最開始所認為的要復雜的多。正如許多科研人員所相信的那樣，漂浮于水面上的石墨烯不但不是疏水的，而且相反，還是吸水的。

　　技術(shù)

　　對于石墨烯的潤濕性，許多相關(guān)研究都有不同的觀點。近日，荷蘭萊頓大學的研究人員研究表明：在干凈和光滑條件下，水面上的石墨烯表面是親水的。換句話說，水中的石墨烯是吸水的。

　　這項研究對于石墨烯的未來應(yīng)用非常重要。石墨烯是由蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單層碳原子組成，因此它可以應(yīng)用于解碼DNA的生物傳感器。這種超薄材料還可以用于傳感器、濾水以及燃料電池膜。在所有這些情況下，石墨烯層的兩面都接觸水。

　　很長時間以來，石墨烯都被認為是疏水的，或者是不透水的。研究人員這么假定，是因為：石墨烯通常在金屬表面上制造，后來被轉(zhuǎn)移到固體支撐物例如硅晶圓上。然而，在這個轉(zhuǎn)移過程中，石墨烯會被損傷或者腐蝕，從而影響了它的潤濕性。

　　為了判斷完好無損的石墨烯層是否是親水的，一滴水被滴到石墨烯層上。然后，科研人員可以從水滴的曲率判斷該表面是否是疏水的，也就是說如同雨衣一樣；或者，它是否是吸水的。理論上是差不多就是這樣，然而在實踐中，這樣一滴水將會立即扯破石墨烯層，帶來縫隙，然后供測量使用的水分就會剩下很少。

　　為了解決這一問題，研究人員使用冰或者水凝膠取代水，作為支撐層。冰和水凝膠比水更加強大，而且和水非常相似。然后，他們能夠?qū)⒎浅Ｐ〉乃蔚蔚绞┥希瑴y量石墨烯表面和水滴外表的接觸角。此外，他們也使用了具有不同極性的其他液體，重復了這種測量。然后，他們能夠判斷出，水下的所有分子接觸都會被上面水滴中的水分子感覺到。這種完全的透明性要歸功于石墨烯超薄的特性，而且它也揭示出了石墨烯在水面上為什么是親水的。

　　價值

　　對于石墨烯在傳感器、濾水以及基于膜的燃料電池方面的應(yīng)用來說，這一觀點產(chǎn)生了極大的影響。所有這些應(yīng)用都需要石墨烯接觸水，因此開發(fā)人員將必需考慮一個完全不同的起點：石墨烯不是疏水的，而是親水的。