電潤(rùn)濕是誘導(dǎo)電解質(zhì)液滴擴(kuò)散和收縮的一種簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)室的貢獻(xiàn)，已經(jīng)表明可以直接在導(dǎo)體上實(shí)現(xiàn)可逆電潤(rùn)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(shí)，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的潤(rùn)濕作用。這一過(guò)程是由電解質(zhì)離子和表面之間的相互作用驅(qū)動(dòng)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(huì)將該方法擴(kuò)展到研究通過(guò)化學(xué)氣相沉積制備的不同厚度石墨烯樣品的電潤(rùn)濕。研究表明，由于離子的吸附和對(duì)轉(zhuǎn)移過(guò)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(huì)引起清晰而微妙的電潤(rùn)濕反應(yīng)。后者先前已被報(bào)道在較低電解質(zhì)濃度下完全阻礙電潤(rùn)濕。在水性和非水性電解質(zhì)中都存在強(qiáng)吸附/嵌入陰離子的情況下，記錄了放大的潤(rùn)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(duì)界面能量學(xué)的影響來(lái)解釋的。通過(guò)監(jiān)測(cè)潤(rùn)濕的動(dòng)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(duì)潤(rùn)濕時(shí)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(shì)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(duì)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(rùn)濕接觸角θ隨所施加的偏壓（報(bào)告的值與Pt線偽參考電極相比）的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測(cè)量。
圖3. （a） 在CVD石墨烯|5 m LiTFSI（aq）界面處，對(duì)于1層、3層和5層厚度，表觀平衡電潤(rùn)濕接觸角θ隨所施加的偏壓的變化（報(bào)告的值與Pt線偽參比電極相比）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測(cè)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(gè)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(shí)驗(yàn)部分中描述的方案，在5 m LiTFSI（aq）的潤(rùn)濕循環(huán)期間，表觀接觸角、θ和時(shí)間尺度（突出顯示的區(qū)域）的變化。所描繪的循環(huán)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于偽Pt從0V到+1.1V的電勢(shì)脈沖，即在發(fā)生TFSI−陰離子吸附/嵌入的電勢(shì)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(rùn)濕接觸角θ隨所施加的偏壓的變化（報(bào)告的值與Pt線偽參考電極相比）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)部分中描述的方案，在靜態(tài)條件下進(jìn)行測(cè)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(shí)驗(yàn)部分中描述的方案，在1m LiClO
4（PC）中的潤(rùn)濕循環(huán)期間的時(shí)間刻度（突出顯示的區(qū)域）。所描繪的循環(huán)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于偽Pt從0V到+1.1V的電勢(shì)脈沖，即在發(fā)生ClO
4−陰離子吸附/嵌入的電勢(shì)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(hào)
