Grafen viste sig at være permeabel, men kun for brint

Grafen er et unikt materiale, hvis egenskaber er så unikke, at mange forskere rundt om i verden aktivt studerer materialet.

Så det blev tidligere antaget, at enkeltlagsgrafen er uigennemtrængelig for absolut alle væsker og gasser. Men mere nøjagtige målinger og eksperimenter har vist, at denne erklæring ikke er sand. I det mindste for hydrogenatomer er grafen mere end permeabel.

Mest sandsynligt er denne anomali forbundet med interaktionen mellem nøjagtigt hydrogenatomer og folder dannet på enkeltlags grafen ved stuetemperatur.

Eksperimenter med grafen

En international videnskabelig gruppe bestående af specialister fra Manchester og Wuhan universiteter under ledelse af A. Game, gennemført en række eksperimenter.

Som et resultat lykkedes det dem at øge følsomheden af ​​målinger med 9 størrelsesordener (sammenlignet med deres kollegers eksperimenter).

Og som disse undersøgelser har vist, er grafen med en nøjagtighed på et par atomer i timen faktisk en uoverstigelig hindring for helium, neon, nitrogen, ilt, argon, krypton og xenon.

Men i tilfælde af brint var forskerne i en overraskelse.

Eksperiment fremskridt

For at udføre eksperimenterne skabte ingeniørerne fra den videnskabelige gruppe specielt huller i monokrystallinsk grafit eller bornitrid med en dybde på ca. 50 nanometer og derefter tæt lukket "brøndene" med en enkeltlagsfilm af grafen.

Beholderne opnået på denne måde blev anbragt i kamre, hvor forskellige gasser blev pumpet ind, og den sandsynlige indtrængning af gasser i beholderne blev overvåget ved at bøje filmen.

Da almindelig atmosfærisk luft er forseglet i beholderen, og gasserne udenfor er i ren form, er det delvise tryk på filmen fra forskellige sider forskelligt.

Hvis grafen var gennemtrængelig for gasser, trængte den (gas) over tid ind i den oprettede beholder, og trykket der steg, og dette ville føre til hævelse af filmen.

Et atomkraftmikroskop blev brugt til observation.

Under eksperimentet blev der brugt et dusin containere, som var i forskellige gasser i op til en måned.

Som et resultat fandt forskerne, at der ikke var nogen signifikant strøm gennem membranen undtagen hydrogen. Det viste sig at være mere interessant med ham.

Gåden om samspillet mellem brint og grafen

Til sammenligning er enkeltlagsgrafen mindre permeabelt for heliumatomer (som betragtes som den mest "kvikke" af alle gasser, for kernens størrelse) end et lag med silicaglas i kilometer størrelse (energibarrieren er større end 1,2 elektron-volt).

Målinger har vist, at permeabiliteten for grafen for hydrogen viste sig at være 2 * 10 ^ 10 partikler pr. Sekund pr. Kvadratmeter.

Yderligere eksperimenter blev kun udført med brint, og det var muligt at finde ud af, at strømmen ændres eksponentielt og ifølge Arrhenius-loven. Og det var muligt at beregne energibarrieren, som var 1,0 elektronvolt. De data, der blev opnået i løbet af eksperimentet, viste sig at være signifikant lavere end de teoretiske beregninger, der blev udført tidligere.

Hvorfor brintatomer trænger så let ind i grafen

Forskere har fremsat en teori, ifølge hvilken foldene på grafen (som altid er til stede ved stuetemperatur) fører til katalytisk dissociation af brintmolekyler.

Og det viser sig, at brintmolekylet brydes op i atomer og absorberes af den eksisterende fold, og det frigivne elektron bliver ledningselektronen af ​​grafen.

Det vil sige således omdanne brint til en proton (og som tidligere blev etableret transmitterer grafen protoner godt).

Derefter "springer" den dannede proton til den anden side af grafenfilmen og skræller derefter af fra den.

Dette er, hvordan forskere forklarer alle data, der er opnået eksperimentelt. Og også passage af deuteroner gennem grafenfilmen, som blev målt i andre eksperimenter.

Forskerne offentliggjorde resultaterne af deres forskning i tidsskriftetNatur.

Grafen er et unikt materiale, der stadig indeholder mange uopdagede egenskaber, så hvis du vil være den første til at vide om nye opdagelser, skal du sørge for at abonnere og lide artiklen.

Tak for din opmærksomhed og for læsning til slutningen!