Ukázalo se, že grafen je propustný, ale pouze pro vodík

Grafen je jedinečný materiál, jehož vlastnosti jsou tak jedinečné, že mnoho vědců po celém světě tento materiál aktivně studuje.

Dříve se tedy věřilo, že jednovrstvý grafen je nepropustný pro absolutně všechny kapaliny a plyny. Přesnější měření a experimenty však ukázaly, že toto tvrzení není pravdivé. Alespoň pro atomy vodíku je grafen více než propustný.

S největší pravděpodobností je tato anomálie spojena s interakcí přesně atomů vodíku se záhyby vytvořenými na jednovrstvém grafenu při teplotě místnosti.

Experimenty s grafenem

Mezinárodní vědecká skupina složená ze specialistů z univerzit v Manchesteru a Wu-chanu pod vedením A. Hra provedla řadu experimentů.

Díky tomu se jim podařilo zvýšit citlivost měření o 9 řádů (ve srovnání s experimenty jejich kolegů).

A jak tyto studie ukázaly, grafen s přesností na pár atomů za hodinu je ve skutečnosti nepřekonatelnou překážkou pro helium, neon, dusík, kyslík, argon, krypton a xenon.

V případě vodíku však vědci čekali překvapení.

Pokrok experimentu

Pro provedení experimentů vytvořili inženýři vědecké skupiny speciálně díry v monokrystalickém grafitu nebo nitrid boritý s hloubkou přibližně 50 nanometrů, a poté těsně uzavřel „studny“ jednovrstvým filmem grafen.

Takto získané nádoby byly umístěny do komor, kde byly čerpány různé plyny, a bylo sledováno pravděpodobné pronikání plynů do nádob skrz zakřivení filmu.

Protože v nádobě je utěsněn běžný atmosférický vzduch a plyny venku jsou v čisté formě, je parciální tlak na fólii z různých stran odlišný.

Pokud byl grafen propustný pro plyny, pak v průběhu času (plyn) pronikl do vytvořené nádoby, tlak tam vzrostl a to by vedlo k bobtnání filmu.

K pozorování byl použit mikroskop s atomovou silou.

Během experimentu byl použit tucet nádob, které byly až na měsíc v různých plynech.

Výsledkem bylo, že vědci zjistili, že kromě vodíku nedochází k žádnému významnému toku membránou. Ukázalo se, že je to s ním zajímavější.

Hádanka o interakci vodíku a grafenu

Pro srovnání je jednovrstvý grafen méně propustný pro atomy helia (což je považováno za nejchytřejší ze všech plynů, velikost jádra) než kilometrová vrstva křemičitého skla (energetická bariéra větší než 1,2 elektronový volt).

Měření ukázala, že propustnost grafenu pro vodík se ukázala být 2 x 10 ^ 10 částic za sekundu na metr čtvereční.

Další experimenty byly prováděny pouze s vodíkem a bylo možné zjistit, že tok se mění exponenciálně a podle Arrheniova zákona. A bylo možné vypočítat energetickou bariéru, která byla 1,0 elektronvoltu. Ukázalo se, že data získaná v průběhu experimentu byla výrazně nižší než teoretické výpočty provedené dříve.

Proč atomy vodíku tak snadno pronikají do grafenu

Vědci předložili teorii, podle které záhyby přítomné na grafenu (které jsou vždy přítomny při pokojové teplotě) vedou ke katalytické disociaci molekul vodíku.

A ukázalo se, že molekula vodíku se rozkládá na atomy a je absorbována existujícím záhybem a uvolněný elektron se stává vodivým elektronem grafenu.

To znamená, že tak transformuje vodík na proton (a jak již bylo dříve stanoveno, grafen dobře přenáší protony).

Potom vytvořený proton „skočí“ na druhou stranu grafenového filmu a poté se z něj odloupne.

Takto vědci vysvětlují všechna data získaná experimentálně. A také průchod deuteronů grafenovým filmem, který byl měřen v jiných experimentech.

Vědci zveřejnili výsledky svého výzkumu v časopisePříroda.

Graphene je jedinečný materiál, který stále obsahuje mnoho neobjevených vlastností, takže pokud chcete být první, kdo ví o nových objevech, nezapomeňte se přihlásit k odběru a lajkovat článek.

Děkuji za pozornost a za přečtení až do konce!