A fabricação de dispositivos baseados em grafeno e em outros materiais 2D está diretamente correlacionada com processos de transferência bem estabelecidos desses materiais para as mais diferentes superfícies (substratos rígidos, tais como wafer de silício, compostos de silício, vidro, quartzo, etc., ou flexíveis, como os polímeros). De fato, isso é o que viabilizará as mais diversas aplicações, uma vez que esses materiais são atomicamente finos e, por isso, sempre estarão depositados em superfícies sólidas para desempenhar uma dada função. Substratos rígidos recobertos com materiais 2D são comumente empregados na construção de dispositivos eletrônicos, sensores, capacitores, baterias com melhores desempenhos e propriedades superiores. Por outro lado, substratos flexíveis, como os polímeros, são alvo de interesse das indústrias devido a vantagens como leveza, baixo custo e facilidade de processamento que apresentam. Sendo assim, a modificação das superfícies desses polímeros utilizando materiais 2D (grafeno, por exemplo) com propriedades superlativas como revestimento, pode ser bastante promissora no quesito aplicacional [61,62].
Durante os últimos anos, alguns autores têm se dedicado à realização de estudos acerca das propriedades de superfície do grafeno de modo a compreender os fenômenos ocorridos nas superfícies dos materiais durante a sua adesão. Contudo, estudar tais propriedades é uma tarefa bastante complexa e desafiadora, pois envolve a compatibilidade do material com o meio no qual estará inserido durante uma determinada aplicação [63,64].
Em 2009, pesquisadores publicaram um artigo que constava com o estudo da molhabilidade e da energia livre de superfície de filmes de grafeno. As folhas de grafeno foram produzidas através de métodos químicos para produção de óxido de grafeno e, posteriormente, através de tratamento com hidrazina foram. Filmes finos desses materiais foram produzidos por filtragem para aferição das medidas de ângulo de contato. Os resultados demonstraram que folhas de óxido de grafeno são hidrofílicas e folhas de grafeno são hidrofóbicas, com valores de ELS de 62,1 e 46,7 mJ/m2, respectivamente [65].
Em janeiro de 2012, um manuscrito publicado na renomada revista Nature Materials reportou que, devido à sua espessura extremamente fina, o grafeno apresenta uma característica peculiar denominada transparência da molhabilidade. A hipótese proposta pelos pesquisadores é a de que, independentemente do substrato sobre o qual o grafeno se encontra depositado, a espessura da camada que o compõe é tão fina que não interfere no modo com que a água é espalhada sobre a superfície sólida e as interações avaliadas dependem da natureza do substrato no qual o grafeno se encontra depositado. Eles verificaram que a variação entre os ângulos de contato obtidos para os substratos puros e para os mesmos materiais revestidos com grafeno era muito baixa, indicando que a água ignora a presença do material 2D e reage apenas à superfície do material de suporte [5]. No mesmo ano, um pouco mais tarde, em outubro, pesquisadores estadunidenses contradisseram tal hipótese ao demonstrar que, tópicos referentes à chamada transparência da molhabilidade do grafeno são muito mais complexos do que se era imaginado. Através de simulações dinâmicas moleculares (Molecular Dynamics Simulations – MDS), eles inferiram a verdadeira interação entre as forças de van der Waals existentes entre líquido e substrato de grafeno, tomando como base medidas de ângulo de contato experimentais, sugerindo que o material é apenas parcialmente transparente ao molhamento, pois para substratos superhidrofóbicos (dióxido de titânio) e superhidrofílicos (sílica e polímeros especiais), o comportamento da transparência não pode ser reconhecido [63].
No ano seguinte, pesquisadores alemães avaliaram o ângulo de contato do grafeno ideal com água através de simulações dinâmicas moleculares utilizando campo de força empírico apontando que valores em torno de 95-100° [45]. Em julho de 2014, foi realizado um estudo sobre a energia de superfície do grafeno através de medidas de ângulo de contato sugerindo que, com o decorrer do tempo, tal propriedade sofria variações devido aos ângulos de contato serem modificados pela adsorção de
hidrocarbonetos e outros contaminantes presentes no ar na superfície dos substratos sólidos recobertos com grafeno [66].
Posteriormente, em janeiro de 2016, análises sobre a variação dos ângulos de contato em substratos de cobre e níquel recobertos com o grafeno em função do tempo, demonstraram a evolução de tais valores devido à adsorção de contaminantes na superfície dos substratos, contudo, através da realização de tratamentos térmicos em atmosfera inerte, tal efeito poderia ser revertido [5]. Recentemente, outro grupo de pesquisadores do Reino Unido apresentou um método para calcular a energia de superfície do grafeno CVD através de um dispositivo que mensurava forças adesivas e a energia de superfície dos materiais a partir de um balanço de forças superficiais, em dois tipos de ambiente (nitrogênio seco e água). Assim, verificava-se a força necessária para separar duas superfícies macroscópicas de grafeno colocadas previamente em contato [67].
É sabido que, quando aplicados em dispositivos, o grafeno e outros materiais 2D, por serem atomicamente finos, se encontram depositados na interface entre dois meios, um sólido e o ar, por exemplo, como é caso de revestimentos de materiais sólidos. Por isso, é de extrema importância compreender e controlar as energias interfaciais para as etapas de fabricação e operação de dispositivos baseados nesses tipos de materiais, de modo que seja garantida a melhor capacidade de adaptação dos materiais quando desempenham tais funções como revestimentos na medicina, na eletrônica, em setores de energia, etc. Nesses casos, é interessante que o material tenha caráter predominantemente hidrofóbico, pois as condições de umidade poderiam influenciar negativamente no desempenho de propriedades elétricas e mecânicas dos mesmos [64]. Assim, através da avaliação da molhabilidade, calculada a partir de medidas do ângulo de contato formado por uma gota líquida depositada na superfície de um substrato sólido, é possível avaliar possíveis dopagens e mobilidades de cargas, alterações no molhamento e também na capacidade de adesão entre diferentes materiais [5, 45].