Izkazalo se je, da je grafen prepustni, vendar le za vodik

Grafen je edinstven material, katerega lastnosti so tako edinstvene, da ga mnogi znanstveniki po svetu aktivno preučujejo.

Torej se je prej verjelo, da je enoslojni grafen neprepusten za popolnoma vse tekočine in pline. Toda natančnejše meritve in poskusi so pokazali, da ta trditev ne drži. Vsaj za atome vodika je grafen več kot prepusten.

Najverjetneje je ta anomalija povezana z interakcijo natančno vodikovih atomov z gubami, ki nastanejo na enoslojnem grafenu pri sobni temperaturi.

Poskusi z grafenom

Mednarodna znanstvena skupina, sestavljena iz strokovnjakov z univerz v Manchestru in Wuhanu pod vodstvom A. Game, izvedla vrsto poskusov.

Posledično so lahko merilno občutljivost povečali za 9 vrst velikosti (v primerjavi s poskusi njihovih kolegov).

In kot so pokazale te študije, je grafen z natančnostjo nekaj atomov na uro pravzaprav nepremostljiva ovira za helij, neon, dušik, kisik, argon, kripton in ksenon.

Toda v primeru vodika so bili znanstveniki presenečeni.

Napredek eksperimenta

Za izvedbo poskusov so inženirji znanstvene skupine posebej ustvarili luknje v monokristalnem grafitu oz borov nitrid z globino približno 50 nanometrov, nato pa "vodnjake" tesno zaprl z enoslojno folijo grafen.

Tako dobljene posode so postavili v komore, kamor so včrpali različne pline, skozi ukrivljenost filma pa spremljali verjeten prodor plinov v posode.

Ker je v posodi zatesnjen običajni atmosferski zrak in so zunanji plini v čisti obliki, je delni pritisk na film z različnih strani različen.

Če bi bil grafen prepustni za pline, bi sčasoma (plin) prodrl v ustvarjeno posodo, tlak v njem se je povečal in to bi povzročilo nabrekanje filma.

Za opazovanje smo uporabili mikroskop z atomsko silo.

Med poskusom so uporabili ducat posod, ki so bile v različnih plinih do enega meseca.

Kot rezultat so znanstveniki ugotovili, da skozi membrano ni nobenega pomembnega pretoka, razen vodika. Zanj se je izkazalo bolj zanimivo.

Uganka medsebojnega delovanja vodika in grafena

Za primerjavo, enoslojni grafen je manj prepusten za atome helija (ki velja za najbolj "spretnega" od vseh plinov, velikosti jedra) kot kilometer velika plast kremenčevega stekla (energijska pregrada večja od 1,2 elektron-volt).

Meritve so pokazale, da je bila prepustnost grafena za vodik 2 * 10 ^ 10 delcev na sekundo na kvadratni meter.

Nadaljnji poskusi so bili izvedeni samo z vodikom in bilo je mogoče ugotoviti, da se tok spreminja eksponentno in v skladu z Arrheniusovim zakonom. In je bilo mogoče izračunati energijsko pregrado, ki je znašala 1,0 elektrona voltov. Podatki, pridobljeni med poskusom, so se izkazali za bistveno nižje od prej opravljenih teoretičnih izračunov.

Zakaj atomi vodika tako enostavno prodrejo v grafen

Znanstveniki so predstavili teorijo, po kateri gube na grafenu (ki so vedno prisotne pri sobni temperaturi) vodijo do katalitske disociacije molekul vodika.

In izkaže se, da molekula vodika razpada v atome in ga absorbira obstoječa guba, sproščeni elektron pa postane prevodni elektron grafena.

To pomeni, da vodik tako pretvori v proton (in kot je bilo že ugotovljeno, grafen dobro prenaša protone).

Nato nastali proton "skoči" na drugo stran grafenskega filma in se nato odlepi od njega.

Tako znanstveniki razlagajo vse eksperimentalno pridobljene podatke. In tudi prehod devteronov skozi grafenski film, ki so bili izmerjeni v drugih poskusih.

Znanstveniki so rezultate svojih raziskav objavili v revijiNarava.

Grafen je edinstven material, ki ima še vedno številne neodkrite lastnosti, zato, če želite prvi vedeti o novih odkritjih, se prepričajte, da ste članek všeč in všeč.

Hvala za pozornost in za branje do konca!