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2D材料

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繁忙的研究表明石墨烯层如何影响液滴

石墨烯
石墨烯薄板模型(礼貌:iStock)

体温控制,自我组装,蒸气介导的感应,能量收集和乳化只是一些与蒸发有关的过程。因此,难怪水蒸发和相关的表面效应(如润湿)的潜在机理引起了广泛的研究关注。

科学家一直热衷于研究石墨烯对蒸发过程的影响,因为已知液滴与基材之间的相互作用起着至关重要的作用。然而,到目前为止,结果尚无定论,一些研究表明石墨烯会增加润湿角,而另一些研究表明石墨烯根本没有作用,换句话说,它是透明的。

中国科学院和北京量子物质合作创新中心的研究人员进行的一项新研究,现已研究了石墨烯层对润湿和蒸发的影响。黄永峰,陆军和盛蒙使用了一层通过化学气相沉积法生产的高质量石墨烯,并测试了其对水在四个亲水性(吸水)表面和一个疏水性表面上的行为的影响。当他们将石墨烯层添加到表面时,他们发现亲水性表面的接触角增加,而疏水性表面的接触角减小。

接触角是一个重要的参数,因为液滴根据两种主要状态蒸发:一种在液滴与表面接触的直径保持恒定而接触角减小的情况下,一种在液滴与表面接触的角度保持不变的情况下进行。常数,但接触直径减小。润湿角的任何变化都会对液滴的接触直径产生连锁效应,因此,对于亲水性表面观察到的接触角的增加会导致具有相同体积的液滴的接触直径更短。

研究人员监测了水滴从有或没有石墨烯层的表面蒸发时的接触角,接触直径和质量。测量表明,如从接触角的变化所预期的,对于亲水性表面,蒸发速率增加约20%,而对于疏水性表面蒸发速率降低。

但是,每触点长度/直径的平均蒸发速率保持不变。对于研究中研究的所有底物, 每条接触线的蒸发速率 小于5%。

分子动力学模拟使研究人员能够识别与表面接触的水分子中蒸发过程的开始。 Huang说:“由于石墨烯不会改变单个水分子的结合能,因此它对每条接触线的蒸发影响可忽略不计。”该结果对于旨在控制蒸发的应用(例如传热,打印和自组装)可能是有用的。

详细信息报告在 2D材质.

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