Vain vesi kulkee grafeenin läpi

Grafeeni jaksaa yllättää. Nyt Manchesterin yliopiston tutkijat ovat havainneet, että grafeenioksidiin perustuvat kalvot läpäisevät vain vettä ja ovat erittäin tiukkoja esteitä muille kaasuille ja nesteille.

Professori Sir Andre Geim johtamissa kokeissa havaittiin, että vesi haihtuu näiden kalvojen lähes samalla vauhdilla kuin niitä ei olisi ollenkaan. Esimerkiksi heliumkaasu vuotaa hitaasti jopa millimetrin paksuisen ikkunalasin läpi mutta grafeenioksidikalvo estää sen vuotamisen.

Tutkijoiden mukaan grafeenioksidilevyjen välissä on tilaa vain yhdelle kerrokselle vesimolekyylejä. Ne järjestäytyvät yhden molekyylin paksuiseksi jääarkiksi joka liukuu grafeenin pinnalla käytännössä ilman kitkaa.

Tutkijat kokeilivat kalvon toimivuutta jopa vodkalla ja se todella tuli aina vain vahvemmaksi. Tällaisille kalvoille löytynee käyttöä erilaisissa suodatuksissa ja selektiivisessä veden poistamisessa.

Rice Universityn ja Rensselaer Polytechnic Instituten tutkijat ovat puolestaan tutkineet yksikerroksisen grafeenipinnoitteen vaikutusta materiaalin vettyvyydelle.

He havaitsivat, että yhdellä kerroksella grafeenia pinnoitettu kulta, kupari ja pii tulevat yhtä kosteiksi kuin ne olisivat ilman pinnoitusta. Kuitenkin kasaamalla useampia kerroksia päällekkäin vettyminen vähenee ja noin kuusi kerrosta grafeenia muuttuu vettä läpäisemättömäksi.

Vettyminen havaittiin vain pinnoilla joissa veden vuorovaikutuksia hallitsevat heikot van der Waalsin voimat mutta ei materiaaleilla kuten lasi, jossa vettymistä hallitsevat vahvat kemialliset sidokset.

Uusia ominaisuuksia voisi hyödyntää monissa lämmönsiirron prosesseissa. Esimerkiksi kuparilla on hyvä lämmönjohtokyky mutta se syöpyy helposti. Ryhmä päällysti kuparia grafeenilla ja havaitsi sen suojaavan kuparia hapettumiselta ja itse asiassa jopa parantaen kuparin kondensoitumislämmön siirtotehokkuutta 30 - 40 prosenttia.