電潤濕是誘導(dǎo)電解質(zhì)液滴擴(kuò)散和收縮的一種簡單方法。這種方法廣泛應(yīng)用于“器件”應(yīng)用中，即在電解質(zhì)和導(dǎo)電 襯底之間施加介電層。最近的工作，包括本課題組自己實驗室的貢獻(xiàn)，已經(jīng)表明可以直接在導(dǎo)體上實現(xiàn)可逆電潤濕。本課題組已經(jīng)證明，石墨表面，特別是與高濃度電解質(zhì)溶液結(jié)合時，表現(xiàn)出強烈的潤濕作用。這一過程是由電解質(zhì)離子和表面之間的相互作用驅(qū)動的，因此雙層電容模型能夠解釋平衡接觸角的變化。在此，本研究會將該方法擴(kuò)展到研究通過化學(xué)氣相沉積制備的不同厚度石墨烯樣品的電潤濕。研究表明，由于離子的吸附和對轉(zhuǎn)移過程中積聚的表面雜質(zhì)引入的負(fù)面影響的抑制，使用高濃度的水性電解質(zhì)會引起清晰而微妙的電潤濕反應(yīng)。后者先前已被報道在較低電解質(zhì)濃度下完全阻礙電潤濕。在水性和非水性電解質(zhì)中都存在強吸附/嵌入陰離子的情況下，記錄了放大的潤濕響應(yīng)。這一現(xiàn)象是基于陰離子-石墨烯相互作用及其對界面能量學(xué)的影響來解釋的。通過監(jiān)測潤濕的動力學(xué)，在所有情況下都確定了不可逆行為，這是陰離子吸附和/或嵌入的不可逆性的結(jié)果。最后，還考察了潛在反應(yīng)對潤濕時間尺度的影響。
圖1. Si/SiO
2晶片上的1層、3層和5層石墨烯樣品的拉曼光譜，分別表示為1LGr、3LGr和5LGr。
圖2. （a） 在不同的施加電勢下，1-（頂行）和5-（底行）層的CVD石墨烯上的1m KF（aq）液滴的圖像。比例尺對應(yīng)200μm。（b） 在CVD石墨烯|10 m KF（aq）界面處，1層和5層厚度的表觀平衡電潤濕接觸角θ隨所施加的偏壓（報告的值與Pt線偽參考電極相比）的變化。根據(jù)實驗部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測量。
圖3. （a） 在CVD石墨烯|5 m LiTFSI（aq）界面處，對于1層、3層和5層厚度，表觀平衡電潤濕接觸角θ隨所施加的偏壓的變化（報告的值與Pt線偽參比電極相比）。根據(jù)實驗部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測量。（b） 使用100 mV s−1的掃描速率，在3層石墨烯上的5 m LiTFSI（aq）液滴處記錄的循環(huán)伏安圖。與（c）1-和（d）5-層CVD石墨烯上的偽Pt相比，5m LiTFSI（aq）液滴中的接觸角在0V和+1.1V之間在十個連續(xù)循環(huán)中變化。
圖4. 根據(jù)（a）1-、（b）3-和（c）5-層CVD石墨烯的實驗部分中描述的方案，在5 m LiTFSI（aq）的潤濕循環(huán)期間，表觀接觸角、θ和時間尺度（突出顯示的區(qū)域）的變化。所描繪的循環(huán)對應(yīng)于相對于偽Pt從0V到+1.1V的電勢脈沖，即在發(fā)生TFSI−陰離子吸附/嵌入的電勢區(qū)域中。
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圖5. （a） 在1層和5層厚度的CVD石墨烯|1m LiClO
4（PC）界面處，表觀平衡電潤濕接觸角θ隨所施加的偏壓的變化（報告的值與Pt線偽參考電極相比）。根據(jù)實驗部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測量。（b） 使用100 mV s
−1的掃描速率，在5層石墨烯上的1 m LiClO
4（PC）液滴處記錄的循環(huán)伏安圖。按照（c）1層和（d）5層CVD石墨烯的實驗部分中描述的方案，在1m LiClO
4（PC）中的潤濕循環(huán)期間的時間刻度（突出顯示的區(qū)域）。所描繪的循環(huán)對應(yīng)于相對于偽Pt從0V到+1.1V的電勢脈沖，即在發(fā)生ClO
4−陰離子吸附/嵌入的電勢區(qū)域中。
相關(guān)研究成果由曼徹斯特大學(xué)Athanasios A. Papaderakis和Robert A. W. Dryfe等人2023年發(fā)表在Faraday Discussions (鏈接：https://doi.org/10.1039/D3FD00037K)上。原文：Dielectric-free electrowetting on graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
