Grafenul sa dovedit a fi permeabil, dar numai pentru hidrogen

Grafenul este un material unic, ale cărui proprietăți sunt atât de unice încât mulți oameni de știință din întreaga lume studiază activ materialul.

Deci, anterior se credea că grafenul cu un singur strat este impermeabil la absolut toate lichidele și gazele. Dar măsurători și experimente mai precise au arătat că această afirmație nu este adevărată. Cel puțin pentru atomii de hidrogen, grafenul este mai mult decât permeabil.

Cel mai probabil, această anomalie este asociată cu interacțiunea precisă a atomilor de hidrogen cu pliurile formate pe grafen monostrat la temperatura camerei.

Experimente cu grafen

Un grup științific internațional format din specialiști din universitățile din Manchester și Wuhan sub conducerea lui A. Game, a realizat o serie de experimente.

Drept urmare, au reușit să crească sensibilitatea măsurătorilor cu 9 ordine de mărime (în comparație cu experimentele colegilor lor).

Și, după cum au arătat aceste studii, grafenul, cu o precizie de câțiva atomi pe oră, este de fapt un obstacol insurmontabil pentru heliu, neon, azot, oxigen, argon, cripton și xenon.

Dar în cazul hidrogenului, oamenii de știință au avut o surpriză.

Experimentați progresul

Pentru realizarea experimentelor, inginerii grupului științific au creat special găuri în grafit monocristalin sau nitrură de bor cu o adâncime de aproximativ 50 nanometri și apoi închise bine „puțurile” cu un film cu un singur strat de grafen.

Recipientele obținute în acest mod au fost plasate în camere, unde au fost pompate diferite gaze, iar penetrarea probabilă a gazelor în recipiente a fost monitorizată prin curbarea filmului.

Deoarece aerul atmosferic obișnuit este sigilat în recipient și gazele din exterior sunt într-o formă pură, presiunea parțială pe film din diferite părți este diferită.

Dacă grafenul ar fi permeabil la gaze, atunci în timp (gazul) a pătruns în recipientul creat, presiunea de acolo a crescut și acest lucru ar duce la umflarea filmului.

Pentru observare a fost utilizat un microscop cu forță atomică.

În timpul experimentului, au fost utilizate o duzină de containere, care au fost în diferite gaze timp de până la o lună.

Ca rezultat, oamenii de știință au descoperit că nu a existat un flux semnificativ prin membrană, cu excepția hidrogenului. S-a dovedit a fi mai interesant cu el.

Ghicitoarea interacțiunii hidrogenului și grafenului

Pentru comparație, grafenul cu un singur strat este mai puțin permeabil la atomii de heliu (care este considerat cel mai „agil” dintre toate gazele, pentru dimensiunea miezului) decât un strat de kilometru de sticlă de silice (bariera energetică este mai mare de 1,2 electron-volt).

Măsurătorile au arătat că permeabilitatea grafenului la hidrogen s-a dovedit a fi de 2 * 10 ^ 10 particule pe secundă pe metru pătrat.

Alte experimente au fost efectuate numai cu hidrogen și a fost posibil să aflăm că fluxul se schimbă exponențial și conform legii Arrhenius. Și a fost posibil să se calculeze bariera energetică, care era de 1,0 electroni volți. Datele obținute în cursul experimentului s-au dovedit a fi semnificativ mai mici decât calculele teoretice efectuate anterior.

De ce atomii de hidrogen pătrund atât de ușor în grafen

Oamenii de știință au propus o teorie conform căreia pliurile prezente pe grafen (care sunt întotdeauna prezente la temperatura camerei) duc la disocierea catalitică a moleculelor de hidrogen.

Și se dovedește că molecula de hidrogen se rupe în atomi și este absorbită de pliul existent, iar electronul eliberat devine electronul de conducere al grafenului.

Adică, transformând astfel hidrogenul într-un proton (și așa cum sa stabilit anterior, grafenul transmite bine protonii).

Apoi protonul format „sare” pe cealaltă parte a filmului de grafen și apoi se desprinde de pe el.

Acesta este modul în care oamenii de știință explică toate datele obținute experimental. Și, de asemenea, trecerea deuteronilor prin filmul de grafen, care au fost măsurate în alte experimente.

Oamenii de știință au publicat rezultatele cercetărilor lor în jurnalNatură.

Grafenul este un material unic care încă stochează multe proprietăți nedescoperite, așa că, dacă doriți să aflați mai întâi despre noi descoperiri, atunci asigurați-vă că vă abonați și vă place articolul.

Vă mulțumim pentru atenție și pentru că ați citit până la capăt!