Ветровые стекла без дворников в дождь или корпуса кораблей с минимальным сопротивлением набегающему потоку воды – это уже не миф. Это только некоторые из возможных применений графена, одного из самых многообещающих новых материалов, обнаруженных Джеймсом Дискерсоном, старшим преподавателем физики в университете Вандербилта (США).

Дикерсон и его коллеги разработали способ создания автономной пленки оксида графена и добились такого изменения шероховатости ее поверхности, что она либо становится гидрофобной (заставляет воду собираться в сферические капельки, сбегающие с поверхности), либо гидрофильной (полное смачивание поверхности с распространением по ней воды в виде тонкого слоя).

"Графеновые пленки прозрачные и очень недорогие, так как состоят из углерода и просты в изготовлении", – говорит Дискерсон. – "Нашу технологию можно быстро внедрить в производство и производить пленки в нужных количествах", – добавляет он. Графеновая пленка представляет собой что-то вроде сетки из колец углеродных атомов, уложенных в одной плоскости. Ее свойства  удивительны: мало того, что она является одним из самых тонких материалов, которые только можно получить, она еще и в 10 раз прочнее стали. А ее электропроводность выше, чем у любого другого известного материала.

Экзотические свойства графена привлекли внимание многих ученых, но Дискерсон был одним из первых, исследовавших взаимодействие графена с водой. Дискерсон и его коллеги обнаружили, что они могут изменять характер укладки частиц в пленке оксида графена путем изменения двух параметров процесса – рН жидкой среды (кислотности) и напряжения электрического тока. При одной паре параметров частицы укладываются в виде "ковровой" (rug) структуры, имеющей атомарно-гладкую поверхность. При другом сочетании двух параметров частицы оксида графена объединяются в крохотные "кирпичики" (bricks), формируя бугристую, неровную поверхность пленки.

Исследователи определили, что гладкая поверхность пленки является гидрофильной, заставляя воду распределяться тонким слоем по всей поверхности, в то время как бугристая поверхность формирует скатывающиеся с нее сферические капельки.

Разработка покрытий с такими ярко выраженными характеристиками, которые можно назвать супергидрофобностью и супергидрофильностью, представляет большой научный и практический интерес. Возможные области применения – от самоочищающихся стекол и одежды, до противотуманных поверхностей, коррозионной защиты и защиты зданий от снеговой нагрузки.

В дальнейшем Дискерсон планирует, используя базовую процедуру, получить "фторографен", то есть соединение фтора с графеном, которое будет представлять собой двумерную версию тефлона, недавно полученного К.С.Новоселовым и А.К.Геймом, лауреатами Нобелевской премии 2010 года, присужденной им за открытие графена. Нормальный фторографен, работающий под растягивающим напряжением, должен значительно эффективнее отталкивать воду, чем оксид графена. Дискерсон считает, что и для "бугристой" и для "гладкой" версий графена есть хорошие шансы получения экстремальных эффектов при их взаимодействии с водой.

По материалам vanderbilt.edu