Nanoscience

Credit: iStock.com/ThomasVogel

Quantum Detection Group dari The National Physical Library baru saja mempublikasikan penelitian tentang ke-hydrophobic-an dari epitaxial graphene, yang dapat digunakan di masa depan dalam hal aplikasi pelapisan graphene pada obat, elektronik, dan lain-lain. Berkebalikan dengan yang umumnya dipercaya, penelitian ini menemukan bahwa ke-hydrophobic-an graphene sangat dipengaruhi oleh tebal-tipisnya, graphene lapis tunggal lebih bersifat hydrophilic daripada graphene yang lebih tebal.

Graphene merupakan kristal karbon dua dimensi, dengan banyak potensi penggunaan seperti peralatan elektronik fleksibel, transistor efisiensi tinggi, dan sensor. Untuk mengaplikasikan graphene pada peralatan elektronik, dibutuhkan produksi dalam skala besar dan pengaturan sifat graphene dalam  berbagai lingkungan yang diinginkan.

Banyak alat dengna basis graphene yang akan beroprasi pada lingkungan dimana kelembaban tidaklah nol dan terawasi. Kelembaban udara dapat berpengaruh pada performa graphene karena mengubah sifat mekanik dan elektroniknya – inilah kenapa sangat penting untuk mengetahui afinitas graphene terhadap air.

Penelitian terbaru, yang dikolaborasikan dengan Laboratorium Peneliatn Kelautan, memberikan pertanyaan apakah graphene itu hydrophobic atau hydrophilic. Asumsi umum adalah graphene, seperti kebanyak material berbasis karbon, merupakan hydrophobic. Penelitian ini dipublikasikan dalam American Chemical Society Journal ACS Nano, membuktikan bahwa pertanyaan diatas jauh lebih rumit daripada apa yang dipikir sebelumnya.

SIfat adhesi dan gesekan dari single dan double layer graphene diteliti dengan chemical force microscopy dengan probe hydropobhic – merupakan varian dari atomic force microscopy dimana substrat diteliti dengan menggunakan gaya antara probe dan sebuah permukaan. Gaya adhesi yang lebih besar terukur diantara probe dan double/triple layer graphene daripada single layer graphene,  menunjukkan bahwa double/triple layer graphene lebih hydrophobic. Ini berarti ke-hydrophobic-an bergantung pada ketebalan layer dari graphene.

Hasil ini secara lebih lanjut dikonfirmasi oleh nanoscale mapping dari gaya gesek: bagian hydrophobic menunjukkan gaya gesek yang lebih rendah, hasil yang sesuai denga fakta bahwa perbedaan level ke-hydrophobic-an cenderung mempengaruhi penataan molekul air di sekitarnya, dan mengarahkan pergerakan ke ujung probe.

Teknik yang didemonstrasikan oleh NPL dapat digunakan kedepannya untuk memahami kelakuan graphene saat dibasahi, dengan fokus pada efek perbedaan metode pembuatan graphene. Kenyataannya, ini membuka jalan menuju perbedaan pelapisan basis graphene untuk aplikasi tertentu.

Sebagai contoh, pelapisan tebal (double-layer graphene atau lebih) ideal digunakan untuk aplikasi hydrophobic, seperti peralatan medis dan komponen elektronik. Dalam hal lain, single-layer graphene dapat digunakan untuk melapisi permukaan yang dinginkan untuk menjadi hydrophilic, seperti kaca anti kabut dan pelapisan untuk gedung.(phys)