Écrire dans le Journal des liquides moléculaires, une équipe dirigée par le professeur Aravind Vijayaraghavan basée au National Graphene Institute (NGI) ont produit des particules tridimensionnelles faites de graphène, de nombreuses formes intéressantes, en utilisant une variation de l’effet d’anneau vortex. Le même effet est utilisé pour produire des ronds de fumée et est responsable de faire voler les graines de pissenlit. Ces particules se sont également avérées exceptionnellement efficaces pour adsorber les contaminants de l’eau, la purifiant ainsi.
Les chercheurs ont montré que la formation de ces particules de graphène est régie par une interaction complexe entre différentes forces telles que la viscosité, la tension superficielle, l’inertie et l’électrostatique. Le professeur Vijayaraghavan a déclaré : « Nous avons entrepris une étude systématique pour comprendre et expliquer l’influence de divers paramètres et forces impliqués dans la formation des particules. Ensuite, en adaptant ce processus, nous avons développé des particules très efficaces pour la purification par adsorption des contaminants de l’eau.
L’oxyde de graphène (GO), une forme fonctionnalisée de graphène qui forme une dispersion stable dans l’eau, possède de nombreuses propriétés uniques, notamment celle d’être un cristal liquide. Les feuilles GO individuelles sont minces d’un atome et aussi larges que l’épaisseur d’un cheveu humain. Cependant, pour être utiles, ils doivent être assemblés en formes tridimensionnelles complexes qui préservent leur surface élevée et leur chimie de surface. De tels assemblages tridimensionnels poreux de GO sont appelés aérogels, et lorsqu’ils sont remplis d’eau, ils sont appelés hydrogels.
Les chercheurs ont utilisé un deuxième matériau à cristaux liquides appelé CTAB (bromure de cétyltriméthylammonium), pour agréger les flocons de GO en petites particules d’hydrogels d’oxyde de graphène, sans avoir besoin de les réduire en graphène. Ceci a été réalisé en laissant tomber la dispersion de GO dans l’eau sous forme de petites gouttelettes dans une solution de CTAB dans l’eau.
Lorsque les gouttelettes GO frappent la surface de la solution CTAB, elles se comportent de manière très similaire à lorsqu’un jet de fumée chaude frappe de l’air froid. La goutte GO s’écoule dans la solution CTAB sous la forme d’un anneau, ou tore, en raison des différences de densité et de tension superficielle des deux liquides.
Crédit: Journal des liquides moléculaires (2023). DOI : 10.1016/j.molliq.2023.121341
En contrôlant divers paramètres de ce processus, les chercheurs ont produit des particules en forme de sphères (boules), de tores (beignets) et de formes intermédiaires qui ressemblent à des méduses. Le Dr Yizhen Shao, récemment diplômé d’un doctorat. étudiant et auteur principal de cet article, a déclaré: « Nous avons développé un diagramme de phase universel pour la formation de ces formes, basé sur quatre nombres sans dimension – les nombres de Weber, Reynolds, Onhesorge et Weber, représentant la tension inertielle, visqueuse, superficielle et forces électrostatiques respectivement. Cela peut être utilisé pour contrôler avec précision la morphologie des particules en faisant varier les paramètres de formation. Les chercheurs ont utilisé la photographie à grande vitesse pour capturer la formation et l’évolution de ces formes de particules. ici.
Les auteurs soulignent l’importance de ces particules dans la purification de l’eau. Kaiwen Nie, un doctorat. étudiant et co-auteur de l’article, a déclaré: « Nous pouvons ajuster la chimie de surface des flocons de graphène dans ces particules pour extraire les contaminants chargés positivement ou négativement de l’eau. Nous pouvons même extraire les contaminants non chargés ou les ions de métaux lourds en fonctionnalisant de manière appropriée le graphène surface. »
Plus d’information:
Yizhen Shao et al, Électrohydrodynamique accordable des anneaux de vortex d’oxyde de graphène noyau-enveloppe, Journal des liquides moléculaires (2023). DOI : 10.1016/j.molliq.2023.121341