Useful content

Grafen visade sig vara permeabel, men endast för väte

P. Z. Sun et al. / Natur, 2020
P. Z. Sun et al. / Natur, 2020

Grafen är ett unikt material vars egenskaper är så unika att många forskare runt om i världen aktivt studerar materialet.

Så man trodde tidigare att enskiktsgrafen är ogenomtränglig för absolut alla vätskor och gaser. Men mer exakta mätningar och experiment har visat att detta uttalande inte är sant. Åtminstone för väteatomer är grafen mer än permeabel.

Mest troligt är denna anomali associerad med interaktionen mellan exakt väteatomer och veck som bildats på enskiktsgrafen vid rumstemperatur.

Experiment med grafen

Grafen i hög förstoring

En internationell vetenskaplig grupp bestående av specialister från Manchester och Wuhan universitet under ledning av A. Game, genomförde en serie experiment.

Som ett resultat lyckades de öka känsligheten av mätningar med 9 storleksordningar (jämfört med kollegornas experiment).

Och som dessa studier har visat är grafen, med en noggrannhet på ett par atomer per timme, faktiskt ett oöverstigligt hinder för helium, neon, kväve, syre, argon, krypton och xenon.

watch instagram story

Men när det gäller väte var det en överraskning för forskarna.

Experiment framsteg

För att utföra experimenten skapade ingenjörerna från den vetenskapliga gruppen speciellt hål i monokristallin grafit eller bornitrid med ett djup av cirka 50 nanometer och stängde sedan "brunnarna" tätt med en enskiktsfilm av grafen.

De på detta sätt erhållna behållarna placerades i kamrar, där olika gaser pumpades in och den troliga penetrationen av gaser i behållarna övervakades genom filmens krökning.

Membransvullnad kontra tid P. Z. Sun et al. / Natur, 2020

Eftersom vanlig atmosfärisk luft tätas i behållaren och gaserna utanför är i ren form, är partialtrycket på filmen från olika sidor annorlunda.

Om grafen var permeabel för gaser, så trängde den (gas) över tiden in i den skapade behållaren, trycket där ökade och detta skulle leda till svullnad av filmen.

Ett atomkraftmikroskop användes för observation.

Atomkraftmikroskop

Under experimentet användes ett dussin behållare som låg i olika gaser i upp till en månad.

Som ett resultat fann forskarna att det inte fanns något signifikant flöde genom membranet förutom väte. Det visade sig vara mer intressant för honom.

Gåten om växelverkan mellan väte och grafen

Som jämförelse är enkelskiktsgrafen mindre permeabel för heliumatomer (som anses vara den mest "smidiga" av alla gaser, för storleken på kärnan) än ett kilometerstort lager kiseldioxidglas (energibarriär större än 1,2 elektron-volt).

Beroende på vätepenetrationshastigheten på temperatur P. Z. Sun et al. / Natur, 2020

Som mätningarna visade visade sig permeabiliteten för grafen för väte vara 2 * 10 ^ 10 partiklar per sekund per kvadratmeter.

Ytterligare experiment utfördes endast med väte och det var möjligt att ta reda på att flödet förändras exponentiellt och enligt Arrhenius-lagen. Och det var möjligt att beräkna energibarriären, som var 1,0 elektronvolt. De data som erhölls under experimentets gång visade sig vara betydligt lägre än de teoretiska beräkningarna som gjordes tidigare.

Varför väteatomer tränger så enkelt in i grafen

Forskare har lagt fram en teori enligt vilken veck som finns på grafen (som alltid finns vid rumstemperatur) leder till katalytisk dissociation av vätemolekyler.

Abstrakt bild av veck på grafen vid rumstemperatur

Och det visar sig att vätemolekylen sönderdelas i atomer och absorberas av den befintliga vikningen, och den frisatta elektronen blir ledningselektronen av grafen.

Det vill säga transformera således väte till en proton (och som tidigare fastställts överför grafen protoner väl).

Sedan "hoppar" den bildade protonen till den andra sidan av grafenfilmen och skalar sedan av den.

Så här förklarar forskare alla data som erhållits experimentellt. Och även passage av deuteroner genom grafenfilmen, som mättes i andra experiment.

Forskarna publicerade resultaten av sin forskning i tidskriftenNatur.

Grafen är ett unikt material som fortfarande har många oupptäckta egenskaper, så om du vill vara den första som får veta om nya upptäckter, var noga med att prenumerera och gilla artikeln.

Tack för din uppmärksamhet och för att du läste till slutet!

Ett enkelt munstycke för en kvarn med egna händer - en översikt

Ett enkelt munstycke för en kvarn med egna händer - en översikt

Bilen är inte billig idag. Du måste fylla på, byta olja i tid, olika filter och många saker. Och ...

Läs Mer

Infraröda värmare - en ersättning för radiatorer? Kontroll

Infraröda värmare - en ersättning för radiatorer? Kontroll

Verklig uppvärmningsupplevelse med elektriska infraröda värmareHuvudgas erkänns som den mest ekon...

Läs Mer

Steg-för-steg-instruktioner om hur man transplanterar den köpta Spathiphyllum (kvinnors lycka) korrekt

Steg-för-steg-instruktioner om hur man transplanterar den köpta Spathiphyllum (kvinnors lycka) korrekt

Spathiphyllum är min favorit vackra inomhusblomma. Det är inte svårt att ta hand om det, och det...

Läs Mer

Instagram story viewer