Useful content

Grafen okazał się przepuszczalny, ale tylko dla wodoru

click fraud protection
P. Z. Sun i in. / Natura, 2020
P. Z. Sun i in. / Natura, 2020

Grafen to wyjątkowy materiał, którego właściwości są tak wyjątkowe, że wielu naukowców na całym świecie aktywnie bada ten materiał.

Dlatego wcześniej uważano, że jednowarstwowy grafen jest nieprzepuszczalny dla absolutnie wszystkich cieczy i gazów. Ale dokładniejsze pomiary i eksperymenty wykazały, że to stwierdzenie nie jest prawdziwe. Przynajmniej w przypadku atomów wodoru grafen jest bardziej niż przepuszczalny.

Najprawdopodobniej ta anomalia jest związana z oddziaływaniem dokładnie atomów wodoru z fałdami utworzonymi na jednowarstwowym grafenie w temperaturze pokojowej.

Eksperymenty z grafenem

Grafen w dużym powiększeniu

Międzynarodowa grupa naukowa złożona ze specjalistów z uniwersytetów w Manchesterze i Wuhan pod kierownictwem A. Game, przeprowadził serię eksperymentów.

W efekcie udało im się zwiększyć czułość pomiarów o 9 rzędów wielkości (w porównaniu z eksperymentami ich kolegów).

Jak wykazały te badania, grafen, z dokładnością do kilku atomów na godzinę, jest w rzeczywistości przeszkodą nie do pokonania dla helu, neonu, azotu, tlenu, argonu, kryptonu i ksenonu.

instagram viewer

Ale w przypadku wodoru naukowców czekała niespodzianka.

Postęp eksperymentu

Aby przeprowadzić eksperymenty, inżynierowie z grupy naukowej specjalnie stworzyli otwory w graficie monokrystalicznym lub azotku boru o głębokości około 50 nanometrów, a następnie szczelnie zamknięto „dołki” jednowarstwową folią grafen.

Uzyskane w ten sposób pojemniki umieszczono w komorach, do których wpompowywano różne gazy, a poprzez krzywiznę folii monitorowano prawdopodobne przenikanie gazów do pojemników.

Obrzęk błony w funkcji czasu P. Z. Sun i in. / Natura, 2020

Ponieważ zwykłe powietrze atmosferyczne jest zamknięte w pojemniku, a gazy na zewnątrz są w czystej postaci, ciśnienie cząstkowe na folii z różnych stron jest różne.

Gdyby grafen był przepuszczalny dla gazów, to z czasem on (gaz) przedostał się do powstałego pojemnika, ciśnienie w nim wzrosło, co doprowadziłoby do pęcznienia folii.

Do obserwacji wykorzystano mikroskop sił atomowych.

Mikroskop sił atomowych

Podczas eksperymentu wykorzystano kilkanaście pojemników, które były w różnych gazach nawet przez miesiąc.

W rezultacie naukowcy odkryli, że nie było żadnego znaczącego przepływu przez membranę, z wyjątkiem wodoru. Okazało się z nim ciekawiej.

Zagadka interakcji wodoru i grafenu

Dla porównania, jednowarstwowy grafen jest mniej przepuszczalny dla atomów helu (który jest uważany za najbardziej „zwinny” ze wszystkich gazów, ponieważ rozmiar rdzenia) niż kilometrowa warstwa szkła krzemionkowego (bariera energetyczna jest większa niż 1,2 elektron-wolt).

Zależność szybkości wnikania wodoru od temperatury P. Z. Sun i in. / Natura, 2020

Pomiary wykazały, że przepuszczalność grafenu dla wodoru okazała się wynosić 2 * 10 ^ 10 cząstek na sekundę na metr kwadratowy.

Dalsze eksperymenty przeprowadzono tylko z wodorem i można było stwierdzić, że strumień zmienia się wykładniczo i zgodnie z prawem Arrheniusa. I można było obliczyć barierę energetyczną, która wynosiła 1,0 elektronowolta. Uzyskane w trakcie eksperymentu dane okazały się znacznie niższe niż przeprowadzone wcześniej obliczenia teoretyczne.

Dlaczego atomy wodoru tak łatwo przenikają do grafenu

Naukowcy wysunęli teorię, zgodnie z którą fałdy obecne na grafenie (które są zawsze obecne w temperaturze pokojowej) prowadzą do katalitycznej dysocjacji cząsteczek wodoru.

Abstrakcyjny obraz fałd na grafenie w temperaturze pokojowej

Okazuje się, że cząsteczka wodoru rozpada się na atomy i jest wchłaniana przez istniejącą fałdę, a uwolniony elektron staje się elektronem przewodzącym grafenu.

To znaczy, przekształcając w ten sposób wodór w proton (i jak wcześniej ustalono, grafen dobrze przenosi protony).

Następnie uformowany proton „przeskakuje” na drugą stronę warstwy grafenu, a następnie odrywa się od niej.

W ten sposób naukowcy wyjaśniają wszystkie dane uzyskane eksperymentalnie. A także przejście deuteronów przez warstwę grafenu, które zmierzono w innych eksperymentach.

Wyniki swoich badań naukowcy opublikowali w czasopiśmieNatura.

Grafen to wyjątkowy materiał, który wciąż ma wiele nieodkrytych właściwości, więc jeśli chcesz być pierwszym, który dowie się o nowych odkryciach, koniecznie zapisz się i polub ten artykuł.

Dziękuję za uwagę i przeczytanie do końca!

Top elektronarzędzia dla mojego budynku.

Top elektronarzędzia dla mojego budynku.

Recepcja, jak również wszelkie istotne proces wymaga przygotowania. I bardzo ważną rolę w tej kwe...

Czytaj Więcej

Dlaczego ja nie zrobiłem ogórki sól w lipcu

Dlaczego ja nie zrobiłem ogórki sól w lipcu

Chodzi o to, pikle, marynowanie ogórki może być każdy w dowolnym momencie. Słony - to piosenka, t...

Czytaj Więcej

Mój budynek. Jak czyścić sufit i zabivshuyusya nazhdachku

Mój budynek. Jak czyścić sufit i zabivshuyusya nazhdachku

Kontynuuje serię postów na temat jego budowy. 18 sierpnia zacząłem wiszące z sufitu. Sufit belki ...

Czytaj Więcej

Instagram story viewer