国家石墨烯研究所（NGI）的Aravind Vijayaraghavan教授领导的团队在《分子液体杂志》上发表文章称，他们利用涡环效应的一种变化，制造出了由石墨烯制成的三维粒子，具有许多有趣的形状。这些颗粒被证明在吸附水中的污染物方面非常有效。

研究人员已经表明，这些石墨烯颗粒的形成是由粘度、表面张力、惯性和静电等不同力之间的复杂相互作用控制的。Vijayaraghavan教授说：“我们已经进行了一项系统的研究，以了解和解释颗粒形成中涉及的各种参数和力的影响。然后，通过定制这一过程，我们开发了用于吸附净化水中的污染物非常有效的颗粒。

图1.LGO特定形状的GO-VR相图。（a） GO-VR制造装置的示意图。（b） GO液滴穿透CTAB溶液并形成涡环的高速摄影图像。（c） GO-VR甜甜圈、球形和水母形态的光学和SEM图像。（d） 由LGO形成的GO-VR的形状相图（PD），其GO和CTAB浓度和冲击高度各不相同。PD1的固定冲击高度为1 cm，PD2的GO固定浓度为2 mg/ml。PD3的CTAB固定浓度为4 mg/ml。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种功能化形式，可在水中形成稳定的分散体，具有许多独特的性质，包括作为液晶。单个GO薄片只有一个原子层厚度，然而，为了有效运用它，它们需要组装成复杂的三维形状，以保持其高表面积和表面化学性质。GO的这种多孔三维组件称为气凝胶，当充满水时，它们称为水凝胶。

研究人员使用叫做CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）的液晶材料将GO薄片聚集成氧化石墨烯水凝胶的小颗粒，而无需将它们还原为石墨烯。这是通过将GO分散体以小液滴的形式滴入 CTAB 溶液中来实现的。当GO液滴撞击CTAB溶液表面时，它们的行为与热烟喷射撞击冷空气时的行为非常相似。由于两种液体的密度和表面张力不同，GO液滴以环状形式流入CTAB溶液。

通过控制这一过程的各种参数，研究人员已经制造出了球形(球)、环形(甜甜圈)和类似水母的中间形状的粒子。这篇论文的主要作者、最近毕业的博士生 Yizhen Shao 博士说：“我们已经为这些形状的形成开发了一个通用的相图，基于四个无量纲数 - 韦伯数、雷诺兹数、Onhesorge数和韦伯数，分别代表惯性、粘性、表面张力和静电力。这可以通过改变地层参数来精确控制颗粒形态。”研究人员使用高速摄影技术来捕捉这些粒子形状的形成和演变，如视频所示。

作者强调了这些颗粒在水净化中的重要性。该论文的合著者、博士生Kaiwen Nie说：“我们可以调整这些颗粒中石墨烯薄片的表面化学性质，以从水中提取带正电荷或负电荷的污染物。我们甚至可以通过适当地功能化石墨烯表面来提取不带电的污染物或重金属离子。

文献信息：

Yizhen Shao et al, Tuneable electrohydrodynamics of core-shell graphene oxide vortex rings, Journal of Molecular Liquids (2023). 

DOI: 10.1016/j.molliq.2023.121341

亮点：

· 电动涡旋环效应可以塑造核壳型氧化石墨烯水凝胶颗粒。

· 可以产生的形状：球体，甜甜圈和水母。

· 形状由3个工艺参数控制：GO浓度，CTAB浓度和冲击速度。

· 形状是由3个无量纲参数决定的——雷诺兹数、韦伯数和欧内索尔格数。

· 这些颗粒可用于水的高效吸附净化。

资料来源：University of Manchester / Journal of Molecular Liquids

文章来源：公众号【Carbontech】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。