Pokazalo se da je grafen propustan, ali samo za vodik

Grafen je jedinstveni materijal, čija su svojstva toliko jedinstvena da ga mnogi znanstvenici širom svijeta aktivno proučavaju.

Tako se prije vjerovalo da je jednoslojni grafen nepropustan za apsolutno sve tekućine i plinove. Ali preciznija mjerenja i eksperimenti pokazali su da ova tvrdnja nije istinita. Barem za atome vodika, grafen je više nego propusan.

Najvjerojatnije je ova anomalija povezana s interakcijom upravo atoma vodika sa naborima nastalim na jednoslojnom grafenu na sobnoj temperaturi.

Eksperimenti s grafenom

Međunarodna znanstvena grupa koju čine stručnjaci sa sveučilišta u Manchesteru i Wuhanu pod vodstvom A. Game, proveo niz eksperimenata.

Kao rezultat, uspjeli su povećati osjetljivost mjerenja za 9 redova veličine (u usporedbi s eksperimentima njihovih kolega).

I kao što su ove studije pokazale, grafen je s točnošću od nekoliko atoma na sat zapravo nepremostiva prepreka za helij, neon, dušik, kisik, argon, kripton i ksenon.

No, u slučaju vodika znanstvenike je iznenadilo.

Napredak eksperimenta

Za provođenje pokusa inženjeri znanstvene skupine posebno su stvorili rupe u monokristalnom grafitu ili borov nitrid s dubinom od približno 50 nanometara, a zatim čvrsto zatvorio "jažice" jednoslojnim filmom grafen.

Ovako dobiveni spremnici smješteni su u komore, gdje su se upumpavali različiti plinovi, a zakrivljavanjem filma nadzirao se vjerojatni prodor plinova u spremnike.

Budući da je obični atmosferski zrak zatvoren u spremniku, a plinovi su vani u čistom obliku, djelomični pritisak na film s različitih strana je različit.

Ako je grafen propusan za plinove, s vremenom je (plin) prodirao u stvorenu posudu, tamo se povećavao tlak, što bi dovelo do bubrenja filma.

Za promatranje je korišten atomski mikroskop.

Tijekom eksperimenta korišteno je desetak spremnika koji su bili u raznim plinovima i do mjesec dana.

Kao rezultat toga, znanstvenici su otkrili da kroz membranu nije bilo značajnijeg protoka, osim vodika. S njim se pokazalo zanimljivijim.

Zagonetka interakcije vodika i grafena

Za usporedbu, jednoslojni grafen manje je propusan za atome helija (koji se smatra najkretljivijim) od svih plinova, jer veličina jezgre) od sloja silicijevog stakla veličine kilometra (energetska barijera veća je od 1,2 elektron-volt).

Mjerenja su pokazala da se pokazalo da propusnost grafena za vodik iznosi 2 * 10 ^ 10 čestica u sekundi po kvadratnom metru.

Daljnji pokusi provedeni su samo s vodikom i bilo je moguće ustanoviti da se tok mijenja eksponencijalno i prema Arrheniusovom zakonu. Bilo je moguće izračunati energetsku barijeru koja je iznosila 1,0 elektron volta. Pokazalo se da su podaci dobiveni tijekom eksperimenta znatno niži od ranije izvedenih teorijskih izračuna.

Zašto atomi vodika tako lako prodiru u grafen

Znanstvenici su iznijeli teoriju prema kojoj nabori prisutni na grafenu (koji su uvijek prisutni na sobnoj temperaturi) dovode do katalitičke disocijacije molekula vodika.

I ispada da se molekula vodika raspada na atome i apsorbira ga postojeći nabor, a oslobođeni elektron postaje provodni elektron grafena.

Odnosno, pretvarajući tako vodik u proton (a kao što je prethodno utvrđeno, grafen dobro prenosi protone).

Tada formirani proton "skoči" na drugu stranu grafenskog filma, a zatim se odlijepi od njega.

Tako znanstvenici objašnjavaju sve podatke dobivene eksperimentalno. A također i prolazak deuterona kroz grafenski film, koji su izmjereni u drugim eksperimentima.

Znanstvenici su rezultate svog istraživanja objavili u časopisuPriroda.

Grafen je jedinstveni materijal koji još uvijek posjeduje mnoga neotkrivena svojstva, pa ako želite biti prvi koji će znati o novim otkrićima, obavezno se pretplatite i lajkajte na članak.

Zahvaljujem na pažnji i čitanju do kraja!