Grafenas pasirodė pralaidus, bet tik vandeniliui

Grafenas yra unikali medžiaga, kurios savybės yra tokios unikalios, kad daugelis mokslininkų visame pasaulyje aktyviai tyrinėja medžiagą.

Taigi anksčiau buvo manoma, kad vieno sluoksnio grafenas yra nepralaidus absoliučiai visiems skysčiams ir dujoms. Tačiau tikslesni matavimai ir eksperimentai parodė, kad šis teiginys nėra teisingas. Bent jau vandenilio atomams grafenas yra daugiau nei pralaidus.

Greičiausiai ši anomalija yra susijusi su tiksliai vandenilio atomų sąveika su raukšlėmis, susidariusiomis ant vieno sluoksnio grafeno kambario temperatūroje.

Eksperimentai su grafenu

Tarptautinė mokslinė grupė, susidedanti iš Mančesterio ir Uhano universitetų specialistų, vadovaujama A. Žaidimą, atliko eksperimentų seriją.

Todėl jie sugebėjo padidinti matavimo jautrumą 9 dydžių eilėmis (palyginti su kolegų eksperimentais).

Kaip parodė šie tyrimai, grafenas, kurio tikslumas yra pora atomų per valandą, iš tikrųjų yra neįveikiama kliūtis heliui, neonui, azotui, deguoniui, argonui, kriptonui ir ksenonui.

Tačiau vandenilio atveju mokslininkams buvo netikėta.

Eksperimento pažanga

Eksperimentams atlikti mokslinės grupės inžinieriai specialiai sukūrė skylutes monokristaliniame grafite arba boro nitrido, kurio gylis yra maždaug 50 nanometrų, ir sandariai uždarykite „šulinius“ vieno sluoksnio grafenas.

Tokiu būdu gauti konteineriai buvo dedami į kameras, kuriose buvo pumpuojamos įvairios dujos, o lenkiant plėvelę buvo stebimas galimas dujų įsiskverbimas į konteinerius.

Kadangi įprastas atmosferos oras yra sandariai uždarytas, o lauke esančios dujos yra grynos, dalinis plėvelės slėgis iš skirtingų pusių yra skirtingas.

Jei grafenas būtų pralaidus dujoms, tai laikui bėgant jis (dujos) prasiskverbė į sukurtą indą, ten slėgis padidėjo ir tai sukels plėvelės patinimą.

Stebėjimui buvo naudojamas atominės jėgos mikroskopas.

Eksperimento metu buvo naudojama keliolika talpyklų, kurios įvairiose dujose buvo iki mėnesio.

Dėl to mokslininkai nustatė, kad per membraną nebuvo jokio reikšmingo srauto, išskyrus vandenilį. Su juo pasirodė įdomiau.

Vandenilio ir grafeno sąveikos mįslė

Palyginimui, vieno sluoksnio grafenas yra mažiau laidus helio atomams (kuris laikomas „vikriausiu“ iš visų dujų, pvz., šerdies dydis) nei kilometro dydžio silicio dioksido sluoksnis (energijos barjeras didesnis nei 1,2 elektronų voltų).

Kaip parodė matavimai, grafeno pralaidumas vandeniliui pasirodė esąs 2 * 10 ^ 10 dalelių per sekundę vienam kvadratiniam metrui.

Tolesni eksperimentai buvo atliekami tik su vandeniliu ir buvo galima sužinoti, kad srautas kinta eksponentiškai ir pagal Arrenijaus dėsnį. Ir buvo galima apskaičiuoti energijos barjerą, kuris buvo 1,0 elektronvoltų. Eksperimento metu gauti duomenys pasirodė gerokai mažesni nei anksčiau atlikti teoriniai skaičiavimai.

Kodėl vandenilio atomai taip lengvai prasiskverbia į grafeną

Mokslininkai pateikė teoriją, pagal kurią grafene esančios klostės (kurios visada būna kambario temperatūroje) lemia katalizinę vandenilio molekulių disociaciją.

Pasirodo, kad vandenilio molekulė suyra į atomus ir ją absorbuoja esama klostė, o išsiskyręs elektronas tampa grafeno laidžiuoju elektronu.

Tai yra, tokiu būdu vandenilį paverčiant protonu (ir kaip buvo nustatyta anksčiau, grafenas gerai praleidžia protonus).

Tada susidaręs protonas „peršoka“ į kitą grafeno plėvelės pusę ir tada nuo jos nulupa.

Taip mokslininkai eksperimentiškai paaiškina visus gautus duomenis. Taip pat deuteronų prasiskverbimas per grafeno plėvelę, kurie buvo matuojami atliekant kitus eksperimentus.

Mokslininkai žurnale paskelbė savo tyrimų rezultatusGamta.

Grafenas yra unikali medžiaga, kuri vis dar turi daug neatrastų savybių, todėl, jei norite būti pirmas, sužinojęs apie naujus atradimus, būtinai užsiprenumeruokite ir patiko straipsnis.

Ačiū už dėmesį ir už skaitymą iki galo!