Il grafene si è rivelato permeabile, ma solo per l'idrogeno

Il grafene è un materiale unico, le cui proprietà sono così uniche che molti scienziati in tutto il mondo stanno attivamente studiando il materiale.

Quindi in precedenza si credeva che il grafene monostrato fosse assolutamente impermeabile a tutti i liquidi e gas. Ma misurazioni ed esperimenti più accurati hanno dimostrato che questa affermazione non è vera. Almeno per gli atomi di idrogeno, il grafene è più che permeabile.

Molto probabilmente, questa anomalia è associata all'interazione di atomi di idrogeno precisamente con pieghe formate su grafene monostrato a temperatura ambiente.

Esperimenti con il grafene

Un gruppo scientifico internazionale composto da specialisti delle università di Manchester e Wuhan sotto la guida di A. Game, ha condotto una serie di esperimenti.

Di conseguenza, sono riusciti ad aumentare la sensibilità delle misurazioni di 9 ordini di grandezza (rispetto agli esperimenti dei loro colleghi).

E come hanno dimostrato questi studi, il grafene, con una precisione di un paio di atomi all'ora, è in realtà un ostacolo insormontabile per l'elio, il neon, l'azoto, l'ossigeno, l'argon, il kripton e lo xeno.

Ma nel caso dell'idrogeno, gli scienziati hanno avuto una sorpresa.

Avanzamento dell'esperimento

Per eseguire gli esperimenti, gli ingegneri del gruppo scientifico hanno creato fori appositamente in grafite monocristallina o nitruro di boro con una profondità di circa 50 nanometri, quindi chiudere ermeticamente i "pozzetti" con una pellicola monostrato di grafene.

I contenitori così ottenuti sono stati posti in camere, dove venivano pompati diversi gas, e la probabile penetrazione dei gas nei contenitori è stata monitorata curvando il film.

Poiché l'aria atmosferica ordinaria è sigillata nel contenitore e i gas all'esterno sono in forma pura, la pressione parziale sul film da diversi lati è diversa.

Se il grafene fosse permeabile ai gas, nel tempo è (gas) penetrato nel contenitore creato, la pressione lì è aumentata e ciò porterebbe al rigonfiamento del film.

Per l'osservazione è stato utilizzato un microscopio a forza atomica.

Durante l'esperimento, sono state utilizzate una dozzina di contenitori, che erano in vari gas per un massimo di un mese.

Di conseguenza, gli scienziati hanno scoperto che non vi era alcun flusso significativo attraverso la membrana ad eccezione dell'idrogeno. Si è rivelato più interessante con lui.

L'enigma dell'interazione tra idrogeno e grafene

Per confronto, il grafene monostrato è meno permeabile agli atomi di elio (che è considerato il più "agile" di tutti i gas, per la dimensione del nucleo) di uno strato di vetro di silice delle dimensioni di un chilometro (la barriera energetica è maggiore di 1.2 elettronvolt).

Le misurazioni hanno mostrato che la permeabilità del grafene all'idrogeno è risultata essere di 2 * 10 ^ 10 particelle al secondo per metro quadrato.

Ulteriori esperimenti sono stati effettuati solo con l'idrogeno ed è stato possibile scoprire che il flusso cambia in modo esponenziale e secondo la legge di Arrhenius. Ed è stato possibile calcolare la barriera energetica, che era di 1,0 elettronvolt. I dati ottenuti nel corso dell'esperimento si sono rivelati notevolmente inferiori rispetto ai calcoli teorici eseguiti in precedenza.

Perché gli atomi di idrogeno penetrano nel grafene così facilmente

Gli scienziati hanno avanzato una teoria secondo la quale le pieghe presenti sul grafene (che sono sempre presenti a temperatura ambiente) portano alla dissociazione catalitica delle molecole di idrogeno.

E si scopre che la molecola di idrogeno si scompone in atomi e viene assorbita dalla piega esistente e l'elettrone rilasciato diventa l'elettrone di conduzione del grafene.

Cioè, trasformando così l'idrogeno in un protone (e come precedentemente stabilito, il grafene trasmette bene i protoni).

Quindi il protone formato "salta" sull'altro lato della pellicola di grafene e poi si stacca da esso.

È così che gli scienziati spiegano tutti i dati ottenuti sperimentalmente. E anche il passaggio dei deuteroni attraverso il film di grafene, che sono stati misurati in altri esperimenti.

Gli scienziati hanno pubblicato i risultati della loro ricerca sulla rivistaNatura.

Il grafene è un materiale unico che conserva ancora molte proprietà sconosciute, quindi se vuoi essere il primo a conoscere nuove scoperte, assicurati di iscriverti e di apprezzare l'articolo.

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