Yogita, B Kumar, S Rana, K Sharma, RK Shukla, R Bhardwaj, S Chatterjee tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriQuruyan damlacıqların maye-buxar interfeysində qrafen oksidin öz-özünə yığılması vahid, “nəlbəkişəkilli” çöküntülərlə nəticələnir. Kredit: Müəlliflər

Buxarlanan kolloid hissəciklərlə yüklü damcı quruduqdan sonra arxasında halqaya bənzər qalıq buraxır. Qurudulmuş qəhvə damcıları üçün bu hər yerdə rast gəlinən fenomeni müntəzəm olaraq müşahidə edirik; beləliklə, o, “qəhvə üzük effekti” kimi tanınır. Damcı buxarlandıqca, kənarlar mərkəzdən daha tez quruyur, mayeni və asılmış hissəcikləri kənara çəkir. Bu, damlacığın periferiyasında sıx bir material halqası yaradır. Bu, çay və ya qəhvə tökən hər kəs üçün tanış bir mənzərədir, lakin örtüklər və mürəkkəblər üzərində işləyən elm adamları üçün bu təsir sinir bozucu ola bilər. Bir çox tətbiqlərdə vahid depozit üzükdən daha faydalıdır.

Langmuir -də nəşr olunan son araşdırmamızda kiçik karbon təbəqələri, xüsusən azaldılmış qrafen oksidi (rGO) və qrafen oksidi (GO) su damcılarında asılıb şüşə səthdə qurumağa buraxıldıqda nə baş verdiyini araşdırdıq . Nəticələr təəccüblü idi və onlar çap edilə bilən elektronika, örtüklər və sair üçün yeni imkanlar təklif edir.

Kvazi-iki ölçülü materiallar və onların kolloid yataqları

Qrafen, azaldılmış qrafen oksidi (rGO) və qrafen oksidi (GO) kimi kvazi iki ölçülü karbon materialları diqqətəlayiq elektrik, istilik və mexaniki xüsusiyyətlərinə görə bir çox inkişaf etməkdə olan texnologiyaların mərkəzində dayanır . Onların vədlərinə baxmayaraq, bu materialların buxarlanan damlacıqlardan çökdükdə necə davranması, xüsusən də oksidləşmə səviyyəsinin son qurudulmuş nümunələrə necə təsir etməsi ilə bağlı anlayışımızda təəccüblü bir boşluq var.

Bu vacibdir, çünki çap edilə bilən elektronika, superkondensatorlar və funksional örtüklər inkişaf etdirən sənayelər bu materialların səthlərdə plyonkaları necə formalaşdırdığına dəqiq nəzarətdən asılıdır. Tədqiqatımız su damlacıqlarında asılı vəziyyətdə olan rGO və GO-nun quruduqları zaman fərqli çöküntü nümunələrinin necə geridə qaldığını araşdıraraq bu məsələni araşdırmaq üçün yola çıxdı.

rGO və GO arasındakı əsas fərq onların səthi kimyasındadır. GO yüksək oksidləşir və hidroksil, karboksil və karbonil kimi müxtəlif oksigenlə zəngin funksional qrupları ehtiva edir. rGO isə daha az oksigen qruplarına və daha qrafit, daha az qütb quruluşuna malikdir. Bu fərqlər materialların buxarlanma zamanı necə hərəkət etməsində və yerləşməsində böyük rol oynayır.

Beləliklə, biz soruşduq: dayandırılmış kvazi 2D materialların kimyasını dəyişdirməklə geridə qalan nümunəni idarə edə bilərikmi?

GO vs rGO: Təəccüblü dəyişiklik

Kimyəvi və ya “yaşıl” azaldılmış qrafen oksidin bir forması olan rGO-dan istifadə edərkən biz adi qəhvə üzük modelini gördük. Amma biz GO-ya keçəndə gözlənilməz bir şey oldu. Üzük yoxa çıxdı, əvəzini damlacığın izi boyunca hamar, bərabər təbəqə aldı. O, üzükdən çox kiçik nəlbəki kimi görünürdü.

Niyə? Cavab GO-nun strukturundadır. Əsas mexanizmin mərkəzində maye-buxar interfeysində GO-nun özünü yığması dayanır. Qalıq hidrofobik qrafit domenləri ilə yanaşı güclü hidrofilik hidroksil qruplarının olması GO vərəqlərinin amfifil təbiət nümayiş etdirməsinə səbəb olur. Nəticədə, onlar maye-buxar interfeysinə doğru irəliləyir və onunla lövbərlənirlər.

Bundan əlavə, GO vərəqləri kortəbii olaraq bir-birinə uyğunlaşır və ya öz-özünə yığılır, çünki bitişik GO vərəqləri dispersiya edən sulu mühitdə mövcud olan su molekulları ilə əmələ gələn hidrogen bağlayıcı şəbəkə vasitəsilə bir-birinə bağlanır. Mikroskop altında çarpaz polarizator vasitəsilə GO yüklü damcıya baxdığımızda, GO liotrop maye kristallarının (GOLLC) xarakterik xüsusiyyəti olan maraqlı iki qırılma fakturaları müşahidə etdik ki, bu da öz-özünə yığılmanı təsdiqləyir.

İnterfeysdə toplanmış GO-vərəqləri beləliklə, buxarlanma davam etdikcə interfeyslə aşağı enir və nəhayət, tərs nəlbəki kimi görünən alt səthə bərabər şəkildə çökürlər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Yaşıl kimya bonusu

Bonus olaraq biz Acacia concinna toxumu ekstraktı ilə rGO istehsal etmək üçün ekoloji cəhətdən təmiz marşrut nümayiş etdirdik. Bu “yaşıl” sintez, zəhərli kimyəvi maddələr olmadan hidrazindən istifadə edərək ənənəvi üsul kimi həyata keçirilir. Biz aşkar etdik ki, rGO-nun hər iki forması eyni qəhvə halqası çöküntülərini yaradır və daha geniş məqamı vurğulayır: Depozit modelini tənzimləyən sintez marşrutu deyil, oksigen tərkibidir. Yaşıl sintez edilmiş rGO, hidrazinlə azaldılmış rGO ilə eyni xüsusiyyətlərə malikdir, beləliklə, sənaye tələblərini ödəmək üçün daha yaşıl, lakin görkəmli bir namizəddir.

Damla qurutma nümunələrinə nəzarət elektronikanın, biosensorların və örtüklərin inkjet çapı kimi texnologiyalar üçün vacibdir. Əldə etdiyimiz tapıntılar göstərir ki, səth kimyasını, xüsusən də qrafen əsaslı materialların oksigen tərkibini tənzimləməklə biz buxarlanmadan sonra hissəciklərin harada bitdiyini idarə edə bilərik.

Bu, bitki ekstraktları kimi sadə materiallardan istifadə edərək daha yaşıl, daha proqnozlaşdırıla bilən və tənzimlənə bilən çap proseslərinə qapı açır.

Bu hekayə Elm X Dialoqunun bir hissəsidir , burada tədqiqatçılar dərc olunmuş tədqiqat məqalələrinin nəticələrini bildirə bilərlər. Science X Dialoq və necə iştirak etmək barədə məlumat üçün bu səhifəyə daxil olun .

Daha çox məlumat: Yogita və digərləri, Qurudulmuş Sulu Damlacıqlardan Azaldılmış Qrafen Oksidi və Qrafen Oksidi Kolloidlərinin Öz-özünə yığılması və Depozitləri, Langmuir (2025). DOI: 10.1021/acs.langmuir.5c02328

Jurnal məlumatı: Langmuir 

Yogita Hindistanın Dehradun şəhəri, DIT Universitetinin Fizika Departamentində doktoranturadan sonrakı tədqiqatçıdır. Sanjeevni Rana bakalavr tələbəsidir, Kajal Sharma isə həmin şöbənin PhD alimidir. Ravi Kumar Şukla eyni kafedrada professor, Sanqamitro Çatterci isə dosentdir. Bibek Kumar Hindistanın Mumbay şəhəri, Bombay İTİ-nin Mexanika Mühəndisliyi bölməsində PhD alimidir. Rajneesh Bhardwaj eyni kafedranın professorudur.

Daha çox araşdırın