Grafen viste seg å være permeabel, men bare for hydrogen

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

Så det ble tidligere antatt at enkeltlags grafen er ugjennomtrengelig for absolutt alle væsker og gasser. Men mer nøyaktige målinger og eksperimenter har vist at denne påstanden ikke stemmer. I det minste for hydrogenatomer er grafen mer enn permeabelt.

Mest sannsynlig er denne anomalien assosiert med samspillet mellom nøyaktig hydrogenatomer og bretter dannet på enkeltlags grafen ved romtemperatur.

Eksperimenter med grafen

En internasjonal vitenskapelig gruppe som består av spesialister fra universitetene i Manchester og Wuhan under ledelse av A. Game, gjennomførte en serie eksperimenter.

Som et resultat klarte de å øke følsomheten til målingene med 9 størrelsesordener (sammenlignet med ekspertene til kollegene).

Og som disse studiene har vist, er grafen, med en nøyaktighet på et par atomer per time, faktisk en uoverstigelig hindring for helium, neon, nitrogen, oksygen, argon, krypton og xenon.

Men når det gjelder hydrogen, var det en overraskelse for forskerne.

Eksperiment fremgang

For å utføre eksperimentene skapte ingeniørene fra den vitenskapelige gruppen hull i monokrystallinsk grafitt eller bornitrid med en dybde på omtrent 50 nanometer, og lukket deretter "brønnene" tett med en enkeltlagsfilm av grafen.

Beholderne oppnådd på denne måten ble plassert i kamre, hvor forskjellige gasser ble pumpet inn, og den sannsynlige inntrengningen av gasser i beholderne ble overvåket ved å bøye filmen.

Siden vanlig atmosfærisk luft er forseglet i beholderen, og gassene utenfor er i ren form, er delvis trykk på filmen fra forskjellige sider forskjellig.

Hvis grafen var gjennomtrengelig for gasser, trengte den (gass) over tid inn i den skapte beholderen, og trykket der økte, og dette ville føre til hevelse i filmen.

Et atomkraftmikroskop ble brukt til observasjon.

Under eksperimentet ble det brukt et dusin containere, som var i forskjellige gasser i opptil en måned.

Som et resultat fant forskerne at det ikke var noen signifikant strøm gjennom membranen bortsett fra hydrogen. Det viste seg å være mer interessant med ham.

Gåten om samspillet mellom hydrogen og grafen

Til sammenligning er enkeltlags grafen mindre permeabelt for heliumatomer (som regnes som den mest "kvikke" av alle gasser, for størrelsen på kjernen) enn et kilometerstort lag av kiselglass (energisperre større enn 1,2 elektronvolt).

Som målinger viste, viste permeabiliteten til grafen for hydrogen å være 2 * 10 ^ 10 partikler per sekund per kvadratmeter.

Ytterligere eksperimenter ble bare utført med hydrogen, og det var mulig å finne ut at strømmen endres eksponentielt og i henhold til Arrhenius-loven. Og det var mulig å beregne energisperren, som var 1,0 elektronvolt. Dataene som ble innhentet i løpet av eksperimentet viste seg å være betydelig lavere enn de teoretiske beregningene som ble utført tidligere.

Hvorfor hydrogenatomer trenger så lett inn i grafen

Forskere har fremmet en teori der brettene på grafen (som alltid er til stede ved romtemperatur) fører til katalytisk dissosiasjon av hydrogenmolekyler.

Og det viser seg at hydrogenmolekylet forfaller til atomer og absorberes av den eksisterende folden, og det frigjorte elektronet blir ledningselektronet av grafen.

Det vil si å transformere hydrogen til en proton (og som tidligere ble etablert overfører grafen protoner godt).

Deretter "hopper" den dannede protonen til den andre siden av grafenfilmen og skreller deretter av fra den.

Slik forklarer forskere alle dataene som er innhentet eksperimentelt. Og også passering av deuteroner gjennom grafenfilmen, som ble målt i andre eksperimenter.

Forskerne publiserte resultatene av forskningen i tidsskriftetNatur.

Graphene er et unikt materiale som fremdeles har mange uoppdagede eiendommer, så hvis du vil være den første som får vite om nye funn, må du abonnere og like artikkelen.

Takk for oppmerksomheten og for å lese til slutt!