A grafén átjárhatónak bizonyult, de csak hidrogénhez
A grafén egyedülálló anyag, amelynek tulajdonságai annyira egyediek, hogy a világ számos tudósa aktívan tanulmányozza az anyagot.
Tehát korábban azt hitték, hogy az egyrétegű grafén abszolút minden folyadékot és gázt nem áthatol. De pontosabb mérések és kísérletek azt mutatták, hogy ez az állítás nem igaz. Legalább a hidrogénatomok esetében a grafén több mint áteresztő.
Valószínűleg ez az anomália pontosan a hidrogénatomok és az egyrétegű grafénon szobahőmérsékleten képződő redők kölcsönhatásával függ össze.
Kísérletek grafénnel
Nemzetközi tudományos csoport manchesteri és wuhani egyetemek szakembereiből A. vezetésével. Game, kísérletsorozatot végzett.
Ennek eredményeként 9 nagyságrenddel tudták növelni a mérési érzékenységet (összehasonlítva kollégáik kísérleteivel).
És amint ezek a vizsgálatok kimutatták, a grafén, óránként pár atom pontossággal, valójában leküzdhetetlen akadály a hélium, a neon, a nitrogén, az oxigén, az argon, a kripton és a xenon számára.
De a hidrogén esetében a tudósokat meglepetés érte.
A kísérlet előrehaladása
A kísérletek elvégzéséhez a tudományos csoport mérnökei speciálisan lyukakat hoztak létre monokristályos grafitban vagy kb. 50 nanométer mélységű bór-nitridet, majd szorosan lezárta a "kutakat" egyrétegű grafén.
Az így kapott tartályokat kamrákba helyezték, ahol különféle gázokat szivattyúztak be, és a film görbületén keresztül figyelték a gázok valószínű behatolását a tartályokba.
Mivel a közönséges légköri levegő a tartályba van zárva, és a kinti gázok tiszta formában vannak, a filmre gyakorolt részleges nyomás a különböző oldalakról eltérő.
Ha a grafén áteresztõ lenne a gázokra, akkor az idõvel behatolna (gáz) a létrehozott tartályba, az ott lévõ nyomás növekedne, és ez a film duzzadásához vezetne.
A megfigyeléshez atomerőmikroszkópot használtunk.
A kísérlet során egy tucat konténert használtak, amelyek akár egy hónapig is különböző gázokban voltak.
Ennek eredményeként a tudósok megállapították, hogy a hidrogén kivételével a membránon keresztül nem történt jelentős áramlás. Érdekesebbnek bizonyult vele.
A hidrogén és a grafén kölcsönhatásának talánya
Összehasonlításképpen: az egyrétegű grafén kevésbé átereszti a hélium atomokat (amelyet az összes gáz közül a "fürgébbnek" tartanak, például a mag mérete), mint egy kilométer nagyságú szilíciumüveg-réteg (az energiagát nagyobb, mint 1,2 elektron-volt).
Amint a mérések azt mutatták, a grafén hidrogénnel való áteresztőképessége 2 * 10 ^ 10 részecske / másodperc / négyzetméterenként.
További kísérleteket csak hidrogénnel hajtottak végre, és meg lehetett állapítani, hogy a fluxus exponenciálisan és az Arrhenius-törvény szerint változik. És ki lehetett számítani az energiagátat, amely 1,0 elektronvolt volt. A kísérlet során kapott adatok lényegesen alacsonyabbnak bizonyultak, mint a korábban elvégzett elméleti számítások.
Miért hatolnak be hidrogénatomok olyan könnyen a grafénbe?
A tudósok olyan elméletet terjesztettek elő, amely szerint a grafénen jelen lévő redők (amelyek mindig szobahőmérsékleten vannak jelen) a hidrogénmolekulák katalitikus disszociációjához vezetnek.
És kiderült, hogy a hidrogénmolekula atomokká bomlik, és a meglévő redő felszívja, és a felszabadult elektron a grafén vezető elektronjává válik.
Vagyis a hidrogén így protonná alakul át (és amint azt korábban megállapítottuk, a grafén jól továbbítja a protonokat).
Ezután a képződött proton "ugrik" a grafénfilm másik oldalára, majd lehámlik róla.
A tudósok így magyarázzák kísérletileg az összes kapott adatot. És a deuteronok átjutása a grafénfólián keresztül, amelyet más kísérletekkel mértek.
A tudósok közzétették kutatásaik eredményeit a folyóiratbanTermészet.
A grafén egy egyedülálló anyag, amely még mindig sok felfedezetlen tulajdonsággal rendelkezik, így ha elsőként szeretne értesülni az új felfedezésekről, mindenképpen iratkozzon fel és kedvelje a cikket.
Köszönöm a figyelmet és a végsõ olvasást!