弗吉尼亚联邦大学布莱恩·麦克尼尔 这张图片展示了石墨烯两侧的石墨烯水分子
因为石墨烯是电导体，石墨烯两侧的水分子通过相同的电荷相互吸引
学分:弗吉尼亚联邦大学 弗吉尼亚联邦大学研究人员最近发表的一项研究揭示了水是如何与纳米材料石墨烯相互作用的，石墨烯是一种排列成六边形蜂窝状网格的单层薄碳原子
研究人员的发现可能会有多种应用，包括传感器、燃料电池膜、水过滤以及高性能超级电容器中基于石墨烯的电极材料
这项名为“石墨烯中溶剂间的相关性:图像电荷的影响”的研究发表在美国化学学会杂志《纳米化学》上，由博士内达·奥贾格洛领导
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他是人文科学学院化学系的博士生，进行了这项研究
该项目涉及医学、工业和科学的一个重要研究领域:了解液体——主要是水——如何与表面相互作用
这些相互作用可以通过几种方式来测量，特别是通过监测“润湿”，这是从表面上的液滴形状推断出来的
如果液滴是平的，表面被认为是“亲水的”，就像一个湿玻璃
如果液滴像一个球体，它是“疏水的”，就像热锅上的液滴
“研究润湿性的一个极其重要的表面是石墨烯片
石墨烯是最突出的纳米材料之一，”奥哈格鲁说
“它的化学、电气和机械特性构成了从手机到网球拍生产、从电子设备到汽车制造的广泛应用的基础
石墨烯润湿在生物表面和设计超级电容器中也很重要
" 在这项研究中，研究人员研究了如果石墨烯片的另一面有水，它会变湿的倾向
他们使用先进的计算机模拟在分子水平上研究这种效应
“通过改进石墨烯模型，我们首次展示了石墨烯的导电性如何导致润湿透明度
电导率是指碳原子电荷的位移，以响应水电偶极矩的存在
这些很难模拟的碳原子上的电波动，调节了薄片两面水分子的相互作用，”奥贾格洛说
“简而言之，我们已经考虑了石墨烯的导电性，这为石墨烯在另一边有水时的润湿提供了更好的解释
" Dusan Bratko，博士
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该论文的作者，化学系教授说，这些发现是一个重要的发现
“当与水接触时，石墨烯会干扰水分子之间的氢键，用对碳原子更弱的分散吸引力来取代它们
尽管如此，纯石墨烯被发现是弱亲水的
这在一定程度上可以用石墨烯的导电性来解释，它在水偶极子和碳原子上诱导的瞬时电荷之间增加了一个有趣的吸引机制，”布拉特科说
“该团队的计算方法揭示了一个以前未知的特征，即当石墨烯片的两面都有水时，感应效应的协同作用，”他说
“在这张新照片中，石墨烯在相反的水合层之间起着积极的沟通作用
因此，石墨烯的两面比单面更容易润湿
这一点很重要，因为在许多实际应用中会出现前一种情况
这两种截然不同的行为已经在水中的实验中得到证明，并且可以用其他偶极和离子液体或溶液来预期
" 迈赫迪·沙菲伊博士
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也是VCU大学的前博士生和该论文的作者，他说，该团队的发现可以解释为显示了石墨烯片是如何“表现得像水分子的镜子”
" “在我们的工作中，我们首次解释了导电石墨烯上的图像电荷，”沙菲伊说
“我们的工作至少有两个重大影响:它揭示了水滴在水支撑的石墨烯上的行为，我们扩展了关于导电石墨烯和其上的图像电荷的理论知识
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