Grafēns izrādījās caurlaidīgs, bet tikai ūdeņradim
Grafēns ir unikāls materiāls, kura īpašības ir tik unikālas, ka daudzi zinātnieki visā pasaulē aktīvi pēta šo materiālu.
Tātad iepriekš tika uzskatīts, ka viena slāņa grafēns ir necaurlaidīgs pilnīgi visiem šķidrumiem un gāzēm. Bet precīzāki mērījumi un eksperimenti ir parādījuši, ka šis apgalvojums nav patiess. Vismaz ūdeņraža atomiem grafēns ir vairāk nekā caurlaidīgs.
Visticamāk, šī anomālija ir saistīta ar precīzi ūdeņraža atomu mijiedarbību ar krokām, kas izveidotas uz viena slāņa grafēna istabas temperatūrā.
Eksperimenti ar grafēnu
Starptautiska zinātniska grupa, kuras sastāvā ir Mančestras un Uhaņas universitāšu speciālisti A vadībā. Spēle, veica virkni eksperimentu.
Rezultātā viņiem izdevās palielināt mērījumu jutīgumu par 9 lieluma pakāpēm (salīdzinājumā ar kolēģu eksperimentiem).
Un, kā parādīja šie pētījumi, grafēns ar pāris atomu stundā precizitāti faktiski ir nepārvarams šķērslis hēlijam, neonam, slāpeklim, skābeklim, argonam, kriptonam un ksenonam.
Bet ūdeņraža gadījumā zinātnieki bija pārsteigti.
Eksperimenta progress
Eksperimentu veikšanai zinātniskās grupas inženieri speciāli izveidoja caurumus monokristāliskā grafīta vai bora nitrīds, kura dziļums ir aptuveni 50 nanometri, un pēc tam cieši aizver "akas" ar viena slāņa plēvi ar grafēns.
Šādi iegūtie trauki tika ievietoti kamerās, kur tika iesūknētas dažādas gāzes, un caur plēves izliekumu tika uzraudzīta iespējamā gāzu iekļūšana traukos.
Tā kā parastais atmosfēras gaiss ir noslēgts traukā, un ārpusē esošās gāzes ir tīrā veidā, daļējs spiediens uz plēvi no dažādām pusēm ir atšķirīgs.
Ja grafēns būtu caurlaidīgs gāzēm, tad laika gaitā tas (gāze) iekļuva izveidotajā traukā, tur spiediens palielinājās un tas novestu pie plēves pietūkuma.
Novērošanai tika izmantots atomu spēka mikroskops.
Eksperimenta laikā tika izmantoti duci konteineru, kas dažādās gāzēs atradās līdz mēnesim.
Rezultātā zinātnieki atklāja, ka caur membrānu nav būtiskas plūsmas, izņemot ūdeņradi. Ar viņu izrādījās interesantāk.
Mīkla par ūdeņraža un grafēna mijiedarbību
Salīdzinājumam - viena slāņa grafēns ir mazāk caurlaidīgs hēlija atomiem (kas tiek uzskatīts par “veiklāko” no visām gāzēm, piemēram, serdeņa izmērs) nekā kilometru liels silīcija stikla slānis (enerģijas barjera lielāka par 1,2 elektrovoltā).
Mērījumi parādīja, ka grafēna caurlaidība pret ūdeņradi izrādījās 2 * 10 ^ 10 daļiņas sekundē uz kvadrātmetru.
Turpmākie eksperimenti tika veikti tikai ar ūdeņradi, un bija iespējams uzzināt, ka plūsma mainās eksponenciāli un saskaņā ar Arrhenius likumu. Un bija iespējams aprēķināt enerģijas barjeru, kas bija 1,0 elektronvolti. Eksperimenta gaitā iegūtie dati izrādījās ievērojami zemāki nekā iepriekš veiktie teorētiskie aprēķini.
Kāpēc ūdeņraža atomi tik viegli iekļūst grafēnā
Zinātnieki ir izvirzījuši teoriju, saskaņā ar kuru grafēnā esošās krokas (kas vienmēr atrodas istabas temperatūrā) noved pie ūdeņraža molekulu katalītiskās disociācijas.
Un izrādās, ka ūdeņraža molekula sadalās atomos un tiek absorbēta esošajā krokā, un atbrīvotais elektrons kļūst par grafēna vadīšanas elektronu.
Tas ir, tādējādi pārveidojot ūdeņradi par protonu (un kā jau iepriekš tika noteikts, grafēns labi pārraida protonus).
Tad izveidojies protons "lec" uz grafēna plēves otru pusi un pēc tam nolobās no tās.
Šādi zinātnieki eksperimentāli izskaidro visus iegūtos datus. Un arī deuteronu pāreja caur grafēna plēvi, kas tika izmērīta citos eksperimentos.
Zinātnieki publicēja pētījumu rezultātus žurnālāDaba.
Grafēns ir unikāls materiāls, kurā joprojām tiek glabāti daudzi neatklāti īpašumi, tādēļ, ja vispirms vēlaties uzzināt par jauniem atklājumiem, tad noteikti abonējiet un patika raksts.
Paldies par uzmanību un lasīšanu līdz galam!