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Nuevo uso del grafeno: controla la evaporación del agua

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Los revestimientos de grafeno pueden ofrecer la capacidad de controlar el proceso de evaporación del agua de varias superficies, una nueva aplicación para este revolucionario material

El estudio publicado en 2-D Materials, llevado a cabo por un equipo de la Academia de Ciencias de China y el Centro de Innovación Colaborativa de Quantum Matter (Beijing), analizó las interacciones de las moléculas de agua con varias superficies cubiertas de grafeno.

El autor principal, Yongfeng Huang, de la Academia de Ciencias de China, dijo: "La evaporación de gotas de agua es un fenómeno omnipresente y complicado, y juega un papel fundamental en la naturaleza y la industria. Comprender su mecanismo a escala atómica y controlar la tasa de evaporación racionalmente es importante para aplicaciones que incluyen la transferencia de calor y el control de la temperatura corporal. Sin embargo, sigue siendo un desafío significativo".

Los experimentos del equipo mostraron que una capa de grafeno controla la evaporación del agua al suprimir la tasa de evaporación en superficies hidrofílicas y acelerar la evaporación en las hidrofóbicas.

Huang dijo: "Más importante aún, descubrimos que el grafeno es 'transparente' para la evaporación. Cuando una superficie hidrofílica está cubierta con grafeno, la línea de contacto de la gota de agua se acorta o alarga dramáticamente, debido al ajuste en los ángulos de humectación. a los cambios en la tasa de evaporación".

Los investigadores querían comprender la "transparencia" en la evaporación mediada por grafeno y descubrir su estructura subyacente en la escala atómica. Para ello, llevaron a cabo simulaciones de dinámica molecular en la evaporación de gotas de agua, en superficies con y sin recubrimiento de grafeno.

"Nuestros resultados son un descubrimiento importante sobre la evaporación mediada por grafeno, y también apuntan a nuevas formas de controlar racionalmente el proceso de evaporación"

Por primera vez, identificaron el mecanismo de escala atómica para los eventos de evaporación inducidos por el sustrato. Descubrieron que la molécula de agua forma un estado precursor en la línea de contacto antes de que se evapore.

Huang explicó: "El análisis posterior mostró que la densidad del agua en los estados de transición de evaporación es mayor en la línea de contacto, luego disminuye exponencialmente a medida que se aleja del sustrato.La desorción de agua individual en la línea de contacto domina el proceso de evaporación de las gotitas. no altera la energía de enlace de una sola molécula de agua, tiene efectos insignificantes sobre la evaporación de la línea de contacto.

"Nuestros resultados son un descubrimiento importante sobre la evaporación mediada por grafeno, y también apuntan a nuevas formas de controlar racionalmente el proceso de evaporación, para aplicaciones realistas en transferencia de calor, impresión y áreas relacionadas".

James Sprittles de la Universidad de Warwick, Reino Unido evaluó el trabajo: "Usando experimentos complementados con simulaciones de dinámica molecular, Huang y sus colaboradores han proporcionado fascinantes conocimientos sobre los mecanismos moleculares que rigen la evaporación de las gotas de agua en sustratos recubiertos con grafeno de relevancia tecnológica.

"Su investigación muestra que la humectabilidad es la única responsable de los cambios en la tasa de evaporación y simultáneamente abre varios temas interesantes para futuras investigaciones, como la forma en que los efectos moleculares (por ejemplo, precursores de nanofilms y fluctuaciones térmicas) pueden incorporarse al modelado macroscópico".

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