近日，韓國首爾基礎(chǔ)科學(xué)研究所 (ibs) 分子光譜與動力學(xué)中心 (cmsd) 和高麗大學(xué)的研究團(tuán)隊將振動和頻率產(chǎn)生光譜 (vsfg)應(yīng)用于測量二維材料的潤濕性，成功地測量了石墨烯和水之間的界面中水分子的振動模式。
潤濕性指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性，是固液接觸面間的重要特性之一，由材料表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成共同影響。潤濕性對于固體材料在各種工業(yè)中的應(yīng)用有重要意義，如材料表面的潤濕性能影響能源器件的電化學(xué)性能和例子導(dǎo)電率，從而影響電池的容量和循環(huán)性能。
目前，材料潤濕性的研究大多數(shù)在宏觀層面進(jìn)行。通常用接觸角(wca)的大小來衡量固體表面的潤濕性強弱。所謂接觸角是指液滴在固-液接觸邊緣的切線與固體平面間的夾角。當(dāng)接觸角小于90°時，該表面為親水表面，當(dāng)接觸角大于90°時為疏水表面，當(dāng)接觸角超過150°時，則是超疏水表面。
接觸角測量一般選擇接觸角測定儀，但是對于材料學(xué)研究來說宏觀層面的接觸角測量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求，必須在分子水平上準(zhǔn)確觀測材料和水之間的界面。目前微觀測量技術(shù)主要有基于反射的紅外光譜和拉曼光譜，但是這兩種方法在接觸角微觀測量中都沒有好的效果。主要原因是在整個液體中，與表面接觸的水分子數(shù)量遠(yuǎn)少于其他水分子，因此界面水分子的信號會被掩蓋。
為解決這一問題，研究團(tuán)隊?wèi)?yīng)用振動和頻率生成光譜(vsfg)來測量材料的潤濕性。vsfg是一種利用自身的表面選擇規(guī)律來研究界面分子的表面選擇工具，具有少至幾個分子層的良好表面分辨率。利用vsfg，研究人員描述了石墨烯表面在分子水平上超過一定數(shù)量的層數(shù)即變得疏水的觀察結(jié)果。
此外，研究團(tuán)隊定義了vsfg潤濕性的新概念——形成強氫鍵的水分子與形成弱氫鍵或沒有氫鍵的水分子的比率。利用vsfg潤濕性，研究人員在電場作用下形成氧化石墨烯，實時測量了石墨烯的潤濕性。這意味著即使在接觸較無法測量的空間受限界面上，vsfg也可以應(yīng)用。
研究人員表示，他們正在利用vsfg光譜研究石墨烯以及其他二維功能材料的微觀性質(zhì)，希望解決阻礙二維功能材料商業(yè)化的各種問題。