Un estudio liderado por el CSIC ha analizado las interacciones del agua y del grafeno, el versátil material hecho de finas láminas de carbono. Han descubierto que el líquido no puede mojar el material debido a que entre ellos se forman unas capas hidrofóbicas de tamaño molecular y por ello no entran en contacto
Un equipo liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha estudiado la forma en la que interactúan los materiales bidimensionales como el grafeno con el agua y, por primera vez, han tomado imágenes de este contacto.
En el experimento, los científicos han observado que el agua en estado líquido, al interaccionar con el grafeno, no se encuentra en contacto con la superficie del material, debido a que se forman en medio varias capas hidrofóbicas de tamaño molecular. Unas capas proceden de gases u otras moléculas disueltas en el agua.
“Cuando el grafeno y otros materiales bidimensionales se sumergen en agua, se crean varias capas de moléculas hidrofóbicas que se interponen entre el material y el agua. En realidad, estas moléculas proceden de gases como el nitrógeno y o el CO2 que están disueltas en el agua de forma natural. La concentración de esas moléculas es pequeñísima, pero se difunden muy rápido por el agua y al interactuar con el grafeno, deciden quedarse en su superficie. Finalmente, lo que sucede en este proceso es que el agua es expulsada”, ha explicado el investigador del CSIC Ricardo García, que trabaja en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.
Para poder estudiar las interacciones del agua líquida con la superficie de los materiales en dos dimensiones, los científicos han desarrollado un nuevo método de microscopía de fuerza atómica. Este método ha aportado imágenes de resolución atómica y vídeos de la organización tridimensional de las moléculas y solutos del agua sobre los materiales bidimensionales. “La interacción con el grafeno les gusta a estas moléculas y prefieren quedarse sobre la superficie a estar disueltas en el agua”, ha resaltado Ricardo García.
“Hay que destacar que cualquier masa de agua en estado líquido que se encuentra en equilibrio con el ambiente contendrá algunos gases disueltos, como el nitrógeno, así como otras moléculas transportadas por el aire, los cuales se incorporan a las capas hidrofóbicas. Nuestro estudio propone que la formación de estas capas hidrofóbicas cerca de la superficie es una propiedad universal aplicable a cualquier superficie hidrofóbica inmersa en agua líquida”, subraya el investigador del CSIC.
Los resultados, que han sido publicados en la revista Nature Communications, pueden aplicarse en el desarrollo de dispositivos fabricados con materiales bidimensionales que interactúen con soluciones acuosas, como en el caso de los biosensores y otras aplicaciones biomédicas.
El siguiente paso para los científicos será profundizar en la organización interna del agua en contacto con superficies más complejas.
El grafeno, denominado en muchas ocasiones “el material del siglo XXI” por sus propiedades mecánicas, electrónicas, químicas, magnéticas y ópticas, es nanométrico y bidimensional y consiste en una capa de carbono de un solo átomo de grosor. Además de ser el material más fino que existe, es muy flexible, ligero, más duro que el acero y más conductivo que el cobre.
