Understanding water behaviour on 2D material interfaces through single-molecule motion on h-BN and graphene
In einer neuen Studie zeigen ein Forschungsteam der TU Graz und der University of Surrey, dass sich Wassermoleküle auf verschiedenen zweidimensionalen Werkstoffen höchst unterschiedlich bewegen – und damit neue Perspektiven für die Entwicklung funktionaler Hightech-Oberflächen eröffnet.
In der Studie, veröffentlicht im Fachjournal Nature Communications, standen die Materialien Graphen und hexagonales Bornitrid (h-BN) im Fokus. Beide besitzen ein wabenförmiges Gitter, unterscheiden sich jedoch in ihren elektrischen Eigenschaften: Während Graphen leitfähig ist, verhält sich h-BN als isolierender Werkstoff.
Die Forschenden beobachteten, dass dieser Unterschied auch das Bewegungsmuster einzelner Wassermoleküle prägt. Auf Graphen wechseln die Moleküle sprunghaft zwischen bestimmten Stellen, während sie sich auf h-BN fast gleitend über die Oberfläche bewegen. Möglich wurden diese Beobachtungen durch hochpräzise Helium-Spin-Echo-Messungen an der TU Graz, ergänzt durch Simulationen der University of Surrey.
Die Auswertungen deuten darauf hin, dass Wasser auf h-BN mit besonders geringer Reibung gleitet, insbesondere wenn das Material auf einem Nickel-Untergrund liegt. Bei Graphen dagegen verstärkt derselbe Untergrund den Kontakt und damit die Reibung.
Laut Projektleiter Anton Tamtögl von der TU Graz zeigt das Ergebnis, wie stark das Trägermaterial das Verhalten von Wasser beeinflussen kann. Durch die gezielte Kombination von Substrat und Beschichtung lasse sich dieses Verhalten steuern – ein Ansatz, der etwa bei Beschichtungen, Schmierstoffen oder Membranen für die Wasseraufbereitung neue Möglichkeiten eröffnen könnte.
Publikation: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65452-1
