Το Graphene αποδείχθηκε διαπερατό, αλλά μόνο για υδρογόνο

Το Graphene είναι ένα μοναδικό υλικό, οι ιδιότητες του οποίου είναι τόσο μοναδικές που πολλοί επιστήμονες σε όλο τον κόσμο μελετούν ενεργά το υλικό.

Έτσι, προηγουμένως πιστεύαμε ότι το μονό στρώμα γραφένιο είναι αδιαπέραστο από όλα τα υγρά και τα αέρια. Αλλά πιο ακριβείς μετρήσεις και πειράματα έχουν δείξει ότι αυτή η δήλωση δεν είναι αληθινή. Τουλάχιστον για άτομα υδρογόνου, το γραφένιο είναι περισσότερο από διαπερατό.

Πιθανότατα, αυτή η ανωμαλία σχετίζεται με την αλληλεπίδραση των ατόμων υδρογόνου με τις πτυχές που σχηματίζονται σε μονόστρωμα γραφένιο σε θερμοκρασία δωματίου.

Πειράματα με γραφένιο

Μια διεθνής επιστημονική ομάδα που αποτελείται από ειδικούς από τα πανεπιστήμια του Μάντσεστερ και του Γουχάν υπό την ηγεσία του A. Το Game, πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων.

Ως αποτέλεσμα, κατάφεραν να αυξήσουν την ευαισθησία της μέτρησης κατά 9 τάξεις μεγέθους (σε σύγκριση με τα πειράματα των συναδέλφων τους).

Και όπως έδειξαν αυτές οι μελέτες, το γραφένιο, με ακρίβεια δύο ατόμων ανά ώρα, είναι στην πραγματικότητα ένα ανυπέρβλητο εμπόδιο για το ήλιο, το νέον, το άζωτο, το οξυγόνο, το αργόν, το κρυπτόν και το ξένον.

Όμως, στην περίπτωση του υδρογόνου, οι επιστήμονες ήταν έκπληκτοι.

Πρόοδος πειράματος

Για να πραγματοποιήσουν τα πειράματα, οι μηχανικοί της επιστημονικής ομάδας δημιούργησαν ειδικά τρύπες σε μονοκρυσταλλικό γραφίτη ή νιτρίδιο του βορίου με βάθος περίπου 50 νανόμετρα, και στη συνέχεια έκλεισε σφιχτά τα "φρεάτια" με μεμβράνη ενός στρώματος γραφενίου.

Τα δοχεία που ελήφθησαν με αυτόν τον τρόπο τοποθετήθηκαν σε θαλάμους, όπου αντλήθηκαν διάφορα αέρια και παρακολουθήθηκε η πιθανή διείσδυση αερίων στους περιέκτες με καμπύλη της μεμβράνης.

Δεδομένου ότι ο συνηθισμένος ατμοσφαιρικός αέρας σφραγίζεται στο δοχείο και τα αέρια έξω είναι σε καθαρή μορφή, η μερική πίεση στο φιλμ από διαφορετικές πλευρές είναι διαφορετική.

Εάν το γραφένιο ήταν διαπερατό από αέρια, τότε με την πάροδο του χρόνου το (αέριο) διείσδυσε στο δημιουργημένο δοχείο, η πίεση εκεί αυξήθηκε και αυτό θα οδηγούσε στο πρήξιμο της μεμβράνης.

Χρησιμοποιήθηκε ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης για παρατήρηση.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, χρησιμοποιήθηκαν δώδεκα δοχεία, τα οποία βρίσκονταν σε διάφορα αέρια για έως και ένα μήνα.

Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι δεν υπήρχε σημαντική ροή μέσω της μεμβράνης εκτός από το υδρογόνο. Αποδείχθηκε πιο ενδιαφέρον μαζί του.

Το αίνιγμα της αλληλεπίδρασης του υδρογόνου και του γραφενίου

Για σύγκριση, το μονόστρωτο γραφένιο είναι λιγότερο διαπερατό από τα άτομα ηλίου (το οποίο θεωρείται το πιο «ευκίνητο» όλων των αερίων, για το μέγεθος του πυρήνα) από στρώμα πυριτίου σε μέγεθος χιλιομέτρου (ενεργειακό φράγμα μεγαλύτερο από 1,2 ηλεκτρόνιο-βολτ).

Όπως έδειξαν οι μετρήσεις, η διαπερατότητα του γραφενίου στο υδρογόνο αποδείχθηκε 2 * 10 ^ 10 σωματίδια ανά δευτερόλεπτο ανά τετραγωνικό μέτρο.

Περαιτέρω πειράματα πραγματοποιήθηκαν μόνο με υδρογόνο και ήταν δυνατόν να ανακαλυφθεί ότι η ροή αλλάζει εκθετικά και σύμφωνα με τον νόμο του Arrhenius. Και ήταν δυνατόν να υπολογιστεί το ενεργειακό φράγμα, το οποίο ήταν 1,0 ηλεκτρονίων βολτ. Τα δεδομένα που αποκτήθηκαν κατά τη διάρκεια του πειράματος αποδείχθηκαν σημαντικά χαμηλότερα από τους θεωρητικούς υπολογισμούς που πραγματοποιήθηκαν νωρίτερα.

Γιατί τα άτομα υδρογόνου διεισδύουν τόσο εύκολα στο γραφένιο

Οι επιστήμονες έχουν προτείνει μια θεωρία σύμφωνα με την οποία οι πτυχές που υπάρχουν στο γραφένιο (που είναι πάντα παρούσες σε θερμοκρασία δωματίου) οδηγούν στην καταλυτική διάσπαση των μορίων υδρογόνου.

Και αποδεικνύεται ότι το μόριο υδρογόνου αποσυντίθεται σε άτομα και απορροφάται από την υπάρχουσα πτυχή, και το απελευθερούμενο ηλεκτρόνιο γίνεται το ηλεκτρόνιο αγωγής του γραφενίου.

Δηλαδή, μετατρέποντας έτσι το υδρογόνο σε πρωτόνιο (και όπως είχε προηγουμένως καθιερωθεί, το γραφένιο μεταδίδει καλά πρωτόνια).

Στη συνέχεια, το σχηματισμένο πρωτόνιο "πηδά" στην άλλη πλευρά του φιλμ γραφενίου και στη συνέχεια ξεφλουδίζει από αυτό.

Έτσι εξηγούν οι επιστήμονες όλα τα δεδομένα που λαμβάνονται πειραματικά. Και επίσης το πέρασμα των δευτερονών μέσω της μεμβράνης γραφενίου, που μετρήθηκαν σε άλλα πειράματα.

Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα της έρευνάς τους στο περιοδικόΦύση.

Το Graphene είναι ένα μοναδικό υλικό που εξακολουθεί να έχει πολλές μη ανακαλυφθείσες ιδιότητες, οπότε αν θέλετε να είστε ο πρώτος που θα γνωρίζει νέες ανακαλύψεις, φροντίστε να εγγραφείτε και να σας αρέσει το άρθρο.

Σας ευχαριστούμε για την προσοχή σας και για την ανάγνωση μέχρι το τέλος!