В Удмуртском федеральном исследовательском центре УрО РАН разработан новый, более эффективный способ придания гидрофобности (устойчивости к взаимодействию с водной средой) лазерно-индуцированному графену.

Графен является наноразмерной формой углерода и имеет широкий потенциал для применения в науке и технике. Однако его синтез весьма трудоёмок и ресурсозатратен. При этом боле простые в изготовлении графеноподобные материалы также обладают рядом потенциально полезных свойств.

Такие материалы могут быть получены, в том числе, методом лазерного пиролиза органических соединений, имеющих в своей химической структуре углеродные кольца. Впервые этот метод был открыт в 2014 году коллективом под руководством профессора Тура в экспериментах по воздействию излучения углекислотного лазера на полиимидную плёнку — распространённый диэлектрик, применяемый в микроэлектронике и трансформаторной технике. Первооткрывателями полученный материал был назван лазерно-индуцированным графеном.

Лазерно-индуцированный графен имеет разупорядоченную пористую трёхмерную структуру и активно исследуется на предмет создания на его основе различных биосенсоров, детекторов физического воздействия, датчиков параметров окружающей среды, фильтрующих и антиобледеняющих покрытий, а также миниатюрных устройств хранения электроэнергии, таких как микросуперконденсаторы. Одной из важных физических характеристик данного материала является смачиваемость, определяемая краевым углом смачивания.

Краевой угол смачивания, или угол смачивания — угол, который образуется между касательной, проведённой к поверхности фазы жидкость-газ, и твёрдой поверхностью. Вершина этого угла располагается в точке контакта трёх фаз, а измеряется он всегда внутрь жидкой фазы. Считается, что если величина краевого угла меньше 90°, то происходит смачивание жидкостью твёрдой поверхности, а сама поверхность называется лиофильной (в случае, если жидкостью является вода, — гидрофильной). Если же величина краевого угла больше 90°, то твёрдая поверхность не смачивается жидкостью и является лиофобной (в случае воды — гидрофобной).

Обычно различные формы углерода слабо смачиваются водой, то есть проявляют гидрофобные свойства. Однако лазерно-индуцированный графен часто проявляет сильные гидрофильные свойства, что обусловлено его морфологией, химической структурой и адсорбированными газами. Если такой материал нужно сделать гидрофобным, то достичь этого можно различными методами. Например, путём создания особого водоотталкивающего рельефа поверхности либо путём осуществления лазерного пиролиза в специальной газовой среде без доступа кислорода.

Данные методы имеют свои недостатки, поэтому требовалось придумать более совершенный способ сделать лазерно-индуцированный графен гидрофобным.

Такой способ был найден учёными Института механики УдмФИЦ УрО РАН. Он заключается в том, что синтезированный на воздухе лазерно-индуцированный графен нужно затем поместить в вакуумную камеру и выдержать при пониженном давлении определённое время.

Его авторами стали старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Константин Михеев, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Руслан Зонов, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Денис Булатов, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Василий Стяпшин и главный научный сотрудник доктор физико-математических наук профессор Геннадий Михеев.

Источник: УдмФИЦ УрО РАН.