南卡罗来纳大学Chen Li课题组--晶粒尺寸对石墨烯润湿性和珠状凝结的影响

了解石墨烯的润湿性对发展石墨烯基电子/光学设备至关重要。但是，在报道的文献中，通过静态接触角（CA）表征石墨烯的润湿性，结果不太一致甚至矛盾。对化学气相沉积的多晶石墨烯的润湿性进行系统表征后，发现铜基底上的多晶石墨烯（Cu-Gr）的润湿性随石墨烯的晶粒面积显著变化。石墨烯晶粒面积从0.47 μm2增加到22.16 μm2，多晶石墨烯表面的静态CA从47.9°增加到68.8°，而磁滞CA从45.9降低到32.7。为了进一步验证石墨烯晶界（GB）对其润湿性和控制液滴动力学的影响，对Cu-Gr表面实施了水蒸气冷凝实验。研究结果表明，石墨烯晶粒尺寸越大（单位面积有更小的石墨烯GBs），液滴脱离频率越高，导致珠状凝结（DWC）传热速率提高45％。这项研究成功量化了石墨烯晶粒对CA的作用，并揭示通过改变石墨烯的晶粒尺寸，可以有效功能化石墨烯表面润湿性和DWC性能。

Figure 1. Cu-Gr表面不同石墨烯晶粒度的场发射扫描电子显微镜图像。（a-h）呈现了不同样品的Cu晶粒度。（d-j）不同样品的石墨烯粒度分布。

Figure 2. （a-c，g-h）石墨烯晶粒面积分布，和（d-f，i-j）（T1-T5）相应衬底晶粒面积的分布。

Figure 3.（a）T1-T5样品表面的静态CA和（b）动态CA。（c）磁滞CA与石墨烯平均晶粒面积的关系，以及（d）磁滞CA与平均衬底晶粒面积的关系。

Figure 4. （a-f）Cu-Gr表面上液滴形核的典型ESEM图形。腔室压力为4托，冷板设置为0.1℃。

相关研究工作由美国南卡罗来纳大学Chen Li课题组于2020年发表在Carbon期刊上。原文：Grain size effects on the wettability of as-grown graphene and dropwise condensation。