El grafè podria ser clau per controlar l'evaporació d'aigua

Els recobriments de grafè poden oferir la capacitat de controlar el procés d'evaporació d'aigua de diverses superfícies, segons una nova investigació. L'estudi, realitzat per un equip de l'Acadèmia Xinesa de Ciències i el Centre d'Innovació Col·laborativa de Quantum Matter (Beijing, Xina), va analitzar les interaccions de molècules d'aigua amb diverses superfícies cobertes de grafè.

L'evaporació de gotes d'aigua és un fenomen omnipresent i complicat, i té un paper fonamental en la natura i la indústria. Comprenent el seu mecanisme a escala atòmica, i controlant la taxa d'evaporació racionalment, serà important per a aplicacions que inclouen la transferència de calor i el control de la temperatura corporal, però continua sent un repte important.
Els experiments, van mostrar que un recobriment de grafè controla l'evaporació de l'aigua reduint la velocitat d'evaporació en superfícies hidrofíliques i accelerant l'evaporació en les hidròfobes.

Encara és més important la troballa que el grafè és transparent per a l'evaporació. Quan una superfície hidrofílica està recoberta amb grafè, la línia de contacte de la goteta d'aigua es redueix dramàticament o s'allunya, a causa de l'ajustament en els angles humits, que provoca canvis en la velocitat d'evaporació.
Els investigadors volien comprendre la transparència en l'evaporació provocada pel grafè i descobrir la seva estructura subjacent a l'escala atòmica. Per això, es van realitzar simulacions de dinàmica molecular sobre evaporació de gotes d'aigua sobre superfícies amb o sense revestiment de grafè.
Per primera vegada, van identificar el mecanisme a escala atòmica per a esdeveniments d'evaporació induïts per substrat. Es va trobar que la molècula d'aigua forma un estat precursor a la línia de contacte abans que s'evapori.

Una altra anàlisi va mostrar que la densitat d'aigua en els estats de transició d'evaporació és més gran a la línia de contacte i, a continuació, disminueix exponencialment a mesura que s'allunya del substrat. La desorció d'aigua única a la línia de contacte domina el procés d'evaporació de les gotes. No alterar l'energia d'unió d'una única molècula d'aigua, té efectes insignificants sobre l'evaporació de la línia de contacte.
Els resultats són un descobriment important sobre l'evaporació mitjançant el grafè i també apunten a noves maneres de controlar racionalment el procés d'evaporació, per aplicacions realistes en transferència de calor.
Usant experiments complementats amb simulacions de dinàmica molecular, s'ha proporcionat una visió fascinant dels mecanismes moleculars que governen l'evaporació de gotes d'aigua en substrats recoberts amb grafè tecnològicament rellevants.
Les investigacions demostren que la humectabilitat és l'únic responsable dels canvis en la velocitat d'evaporació i, simultàniament, obren diversos temes interessants per a futures investigacions, com la incorporació d'efectes moleculars (per exemple, nanofilms precursors i fluctuacions tèrmiques) en el modelatge macroscòpic.

Font: Institut de Física