【摘要】 理解复杂的纳米级表面-液体相互作用对于实现生物传感、分子组装和能量传输等多个领域的应用至关重要。

理解复杂的纳米级表面-液体相互作用对于实现生物传感、分子组装和能量传输等多个领域的应用至关重要。一个新兴领域是理解二维(2D)材料中的表面-液体相互作用，其原子尺度的厚度和不同的电子输运机制开辟了新的基本性质，机遇和挑战。例如，像石墨烯这样的二维材料对环境变化高度敏感，高度可变形，使其成为具有可重构表面特性的材料的绝佳候选者，超灵敏的疾病检测，并且可以与细胞连接。对于所有这些应用，石墨烯的表面能是控制液体润湿性、蛋白质吸附和细胞粘附和生长等过程的关键参数，因此表征它很重要。此外，石墨烯的范德华表面是化学惰性的，这使得有选择地设计许多应用所需的表面相互作用变得困难。

石墨烯及其化学衍生物的表面能控制着基本的界面相互作用，如分子组装、润湿和掺杂。然而，量化支撑二维(2D)材料(如石墨烯)的表面能是困难的，因为它们太薄，从底层基材发出的静电相互作用不能完全屏蔽；单层的贡献对其确切的化学状态很敏感；对空气污染物的吸附，以及在转移处理过程中引入的污染物。屏蔽来自单层和底层衬底的静电相互作用，改变确定的表面能。James Carpenter等人[1]通过测量与水和二碘甲烷的接触角来确定裸石墨烯、氟化石墨烯和氢化石墨烯的极性和色散表面能。我们考虑了许多因素，包括基材表面能和对抗空气污染物的吸附。氢化提高了石墨烯的极性表面能，但对其色散表面能影响不大。氟化石墨烯降低了其色散表面能，其极性表面能与基材相关。这些结果揭示了改变石墨烯的化学结构如何改变其表面能，并应用于混合纳米材料、生物粘附、生物传感和薄膜组装。

[1] James Carpenter, Hyunchul Kim, Jules Suarez, Arend van der Zande*, and Nenad Miljkovic*. The Surface Energy of Hydrogenated and Fluorinated Graphene[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15(1): 2429–2436.

 

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