Pišući u časopisu Journal of Molecular Likuids, tim koji predvodi profesor Aravind Vijaiaraghavan sa sedištem u Nacionalnom institutu za grafen (NGI) proizveo je trodimenzionalne čestice napravljene od grafena, mnogih zanimljivih oblika, koristeći varijaciju efekta vrtložnog prstena. Isti efekat se koristi za proizvodnju prstenova dima i odgovoran je za održavanje semena maslačka da lete. Ove čestice su se takođe pokazale kao izuzetno efikasne u adsorbovanju zagađivača iz vode, čime je prečišćavaju.
Istraživači su pokazali da je formiranje ovih čestica grafena vođeno složenom interakcijom između različitih sila kao što su viskozitet, površinski napon, inercija i elektrostatika. Profesor Vijaiaraghavan je rekao: „Preuzeli smo sistematsku studiju da bismo razumeli i objasnili uticaj različitih parametara i sila uključenih u formiranje čestica. Zatim, prilagođavajući ovaj proces, razvili smo veoma efikasne čestice za adsorptivno prečišćavanje zagađivača iz vode.“
Grafen oksid (GO), funkcionalizovan oblik grafena koji formira stabilnu disperziju u vodi, ima mnoga jedinstvena svojstva, uključujući tečnost kristala. Pojedinačni GO listovi su tanki jedan atom i široki kao debljina ljudske kose. Međutim, da bi bili korisni, potrebno ih je sastaviti u složene 3-dimenzionalne oblike koji čuvaju njihovu veliku površinu i hemiju površine. Takvi porozni 3-dimenzionalni sklopovi GO nazivaju se aerogeli, a kada se napune vodom nazivaju se hidrogelovi.
Istraživači su koristili drugi tečni kristalni materijal nazvan CTAB (cetiltrimetilamonijum bromid), da agregiraju GO pahuljice u male čestice hidrogelova grafen oksida, bez potrebe da ih redukuju u grafen. Ovo je postignuto kapanjem GO disperzije u vodi u obliku malih kapljica u rastvor CTAB u vodi.
Kada GO kapljice udare u površinu CTAB rastvora, ponašaju se veoma slično kao kada mlaz vrućeg dima udari u hladan vazduh. GO kap teče u rastvor CTAB u obliku prstena, ili toroida, zbog razlika u gustini i površinskom naponu dve tečnosti. Zasluge: Journal of Molecular Likuids (2023). DOI: 10.1016/j.mollik.2023.121341
Kontrolišući različite parametre ovog procesa, istraživači su proizveli čestice u obliku sfera (kuglica), toroida (krofne) i srednjih oblika koji podsećaju na meduze. Dr Iizhen Shao, nedavno diplomirani doktor nauka. student i vodeći autor ovog rada, rekao je: „Razvili smo univerzalni fazni dijagram za formiranje ovih oblika, zasnovan na četiri bezdimenzionalna broja — Veber, Reinolds, Onhesorge i Veber brojevi, koji predstavljaju inercijalni, viskozni, površinski napon i elektrostatičke sile. Ovo se može koristiti za preciznu kontrolu morfologije čestica variranjem parametara formiranja.“ Istraživači su koristili fotografiju velike brzine da bi uhvatili formiranje i evoluciju ovih oblika čestica – vidi se ovde.
Autori ističu značaj ovih čestica u prečišćavanju vode. Kaiven Nie, Ph.D. student i koautor rada, rekao je: „Možemo podesiti površinsku hemiju grafenskih pahuljica u ovim česticama da izvučemo pozitivno ili negativno naelektrisane zagađivače iz vode. Možemo čak i ekstrahovati nenaelektrisane zagađivače ili jone teških metala odgovarajućim funkcionalizovanjem grafena površina.“
