Dato实验室生产新型憎水性石墨烯

工程学教授阿尔伯特·拿督（Albert Dato）和他的能源与纳米材料实验室的学生的一项意想不到的发现，具有令人兴奋的潜力，可以使用气相合成石墨烯（GSG）和其他纳米材料制造坚固的憎水涂层。Dato，Weston Miller ‘ 21和Makenna Parkinson ‘ 23的研究发表在ACS Materials Letters和Chemical & Engineering News上。

去年夏天，米勒和帕金森正在开展两个项目：一个由美国国家科学基金会资助的纳米复合材料表征项目，另一个项目由该学院的拉斯穆森夏季研究基金支持，该项目涉及使用石墨烯将油从水中分离出来。“在从事这些项目时，学生们发现落在我们石墨烯粉末上的水滴很容易滑落并从中反弹，”拿督说。“这是一个完全出乎意料的结果，因为我们甚至没有研究这种称为超疏水性的现象。

三人发现结果如此令人惊讶，以至于他们决定使用拉斯穆森的资金购买一种仪器来测量水在材料上的接触角。“Weston和Makenna测量了莲花叶和石墨烯上球形水滴的接触角，发现它们几乎相同，”拿督说。“进一步的实验表明，水滴以非常低的角度从荷叶和我们的石墨烯上滚落，这被称为莲花效应。当时，我们在憎水材料方面完全没有专业知识，因此我们三人决定深入研究文献，发现使用人造材料实现荷叶的憎水性是一项挑战，需要相当多的资源和时间。学生们和我了解到，只有对材料进行重大改性，通过我们以外的方法制造的石墨烯才能实现我们在实验室中观察到的东西。

米勒和帕金森发现，拿督实验室生产的石墨烯可以在产生后立即排斥水。通过其他方法生长的石墨烯在没有相当大的化学改性的情况下无法实现这种憎水性，并且由剥脱石墨制成的石墨烯也需要用化学品处理才能排斥水。“我们制造石墨烯的方法是可持续的，并产生有用的副产品，可以在其他应用中收集和利用，”拿督说。“相比之下，通过其他方法制造石墨烯需要大量的能源和资源，化学改性会产生对环境有害的危险废物。

他们决定在学年期间继续他们的研究，重点是研究如果他们用石墨烯涂覆其他材料 – 金属，硅，透明胶带会发生什么。“虽然我们在夏天发现了一些新奇的东西，但我们想看看我们是否可以采取不防水的表面，并用我们的石墨烯涂覆它们，使表面不耐湿，”拿督说。

为了测试他们的石墨烯可以保护表面免受水滴污染的假设，Miller和Parkinson进行的实验表明：当被石墨烯覆盖时，任意可湿表面变得不可湿润。“我们决定尽快向尽可能多的受众报告我们的发现，”拿督说。

“在论文中，我们分享了GSG在透明胶带上的一些初步结果，但我们希望测试更强的粘合剂，以制造更坚固的涂层，这对于在现实世界中实际使用材料的超疏水特性至关重要，”帕金森说。“我们关注的下一件事是创造坚固的超疏水涂层。我们还在研究其他碳纳米材料，因为我们现在已经建立了程序，并拥有接触角测量，滚落角测量和液滴影响研究所需的设备。

拿督说，这是令人兴奋的，因为在许多应用中都需要高度憎水的表面，“例如在寒冷天气下抵抗结冰的飞机机翼，可以抵抗腐蚀并具有低阻力的船舶，甚至是生物医学设备，可以具有微小的通道，可以以最小的努力运输流体。我们实验室生产的石墨烯有可能使这些应用成为现实。

除了这一发现和由此产生的出版物之外，帕金森和拿督很快指出，这一发现是HMC独特研究环境的结果。“这只是哈维穆德学院（Harvey Mudd College）发生的一些特殊事情的另一个例子。学生和教师一起做出有影响力的发现，“拿督说，并指出这一发现也证明了像拉斯穆森暑期研究基金这样的内部支持如何使教师和学生能够在实验室中做出新的发现。

“我非常感谢有机会在拿督教授的实验室工作，”帕金森说。“我知道，能够在本科生期间参与这种类型的研究是一种独特的特权，我非常感谢在Mudd并有这个机会。