El grafeno favorece la formación de capas hidrofóbicas --que repele el agua-- en contacto con agua líquida, según un estudio liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que considera que este hallazgo puede servir para lograr nuevos sistemas para eliminar contaminantes del agua y nuevas aplicaciones en biomedicina.
El equipo del CSIC ha estudiado cómo interaccionan materiales bidimensionales como el grafeno con el agua y han tomado la primera imagen de este contacto en una investigación cuyos resultados publica la revista 'Nature Communications'.
El grafeno, denominado en muchas ocasiones "el material del siglo XXI" por sus propiedades mecánicas, electrónicas, químicas, magnéticas y ópticas, es nanométrico y bidimensional y consiste en una capa de carbono de un solo átomo de grosor.
Se trata además del material más fino que existe, ya que es muy flexible, ligero, más duro que el acero y más conductivo que el cobre. Los científicos han observado que al interaccionar con el grafeno, el agua en estado líquido no está en contacto con su superficie, ya que se forman en medio varias capas hidrofóbicas de tamaño molecular.
Los átomos de carbono del grafeno aparecen en la base del cubo. Cada franja de moléculas hidrofóbicas (en azul claro) tiene una anchura de 5 angstroms. Las moléculas de agua se encuentran en la parte superior del cubo, aproximadamente 2 nanómetros por encima de la superficie del grafeno proceden de gases u otras moléculas disueltas en el agua.
El investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid Ricardo García explica que cuando el grafeno y otros mateirales bidimensionales se sumergen en agua, se crean varias capas de moléculas hidrofóbicas que se interponen entre el material y el agua.
Así, añade que en realidad, estas moléculas proceden de gases como el nitrógeno y o el CO2 que están disueltas en el agua de forma natural. La concentración de esas moléculas es pequeñísima, pero se difunden muy rápido por el agua y al interactuar con el grafeno, deciden quedarse en su superficie. "Finalmente, lo que sucede en este proceso es que el agua es expulsada", concluye García.
Durante la investigación, los científicos han desarrollado un nuevo método de microscopía de fuerza atómica para estudiar las interacciones del agua líquida con la superficie de los materiales en dos dimensiones.
El método aporta imágenes de resolución atómica y vídeos de la organización tridimensional de las moléculas y solutos del agua sobre los materiales bidimensionales.
"La interacción con el grafeno les gusta a estas moléculas y prefieren quedarse sobre la superficie a estar disueltas en el agua", resalta García.
En este contexto, añade que cualquier masa de agua en estado líquido se encuentra en equilibrio con el ambiente contendrá algunos gases disueltos, como el nitrógeno, así como otras moléculas transportadas por el aire, los cuales se incorporan a las capas hidrofóbicas.
"Nuestro estudio propone que la formación de estas capas hidrofóbicas cerca de la superficie es una propiedad universal aplicable a cualquier superficie hidrofóbica inmersa en agua líquida", añade el investigador.
Según concluye el estudio, los resultados pueden aplicarse en el desarrollo de dispositivos fabricados con materiales bidimensionales que interactúen con soluciones acuosas. Es el caso de los biosensores y otras aplicaciones biomédicas. El siguiente paso para los científicos será profundizar en la organización interna del agua en contacto con superficies más complejas.
