El grafeno resultó ser permeable, pero solo para el hidrógeno
El grafeno es un material único, cuyas propiedades son tan únicas que muchos científicos de todo el mundo están estudiando activamente el material.
Por lo que anteriormente se creía que el grafeno de una sola capa es impermeable a absolutamente todos los líquidos y gases. Pero mediciones y experimentos más precisos han demostrado que esta afirmación no es cierta. Al menos para los átomos de hidrógeno, el grafeno es más que permeable.
Lo más probable es que esta anomalía esté asociada con la interacción de átomos de hidrógeno precisamente con los pliegues formados en el grafeno de una sola capa a temperatura ambiente.
Experimentos con grafeno
Un grupo científico internacional formado por especialistas de las universidades de Manchester y Wuhan bajo el liderazgo de A. Juego, realizó una serie de experimentos.
Como resultado, lograron aumentar la sensibilidad de la medición en 9 órdenes de magnitud (en comparación con los experimentos de sus colegas).
Y como han demostrado estos estudios, el grafeno, con una precisión de un par de átomos por hora, es en realidad un obstáculo insuperable para el helio, neón, nitrógeno, oxígeno, argón, criptón y xenón.
Pero en el caso del hidrógeno, los científicos se llevaron una sorpresa.
Progreso del experimento
Para realizar los experimentos, los ingenieros del grupo científico crearon especialmente agujeros en grafito monocristalino o nitruro de boro con una profundidad de aproximadamente 50 nanómetros, y luego cerró herméticamente los "pozos" con una película de una sola capa de grafeno.
Los envases así obtenidos se colocaron en cámaras, donde se bombearon diversos gases y se monitorizó la probable penetración de gases en los envases a través de la curvatura del film.
Dado que el aire atmosférico ordinario está sellado en el recipiente y los gases del exterior están en forma pura, la presión parcial sobre la película desde diferentes lados es diferente.
Si el grafeno fuera permeable a los gases, entonces con el tiempo él (gas) penetró en el contenedor creado, la presión allí aumentó y esto conduciría al hinchamiento de la película.
Se utilizó un microscopio de fuerza atómica para la observación.
Durante el experimento, se utilizaron una docena de contenedores, que estuvieron en varios gases hasta por un mes.
Como resultado, los científicos encontraron que no había un flujo significativo a través de la membrana a excepción del hidrógeno. Resultó ser más interesante con él.
El enigma de la interacción del hidrógeno y el grafeno
En comparación, el grafeno de una sola capa es menos permeable a los átomos de helio (que se considera el más "ágil" de todos los gases, por el tamaño del núcleo) que una capa de vidrio de sílice del tamaño de un kilómetro (la barrera de energía es superior a 1,2 electrón-voltio).
Como mostraron las mediciones, la permeabilidad del grafeno al hidrógeno resultó ser de 2 * 10 ^ 10 partículas por segundo por metro cuadrado.
Se llevaron a cabo más experimentos solo con hidrógeno y fue posible descubrir que el flujo cambia exponencialmente y de acuerdo con la ley de Arrhenius. Y fue posible calcular la barrera de energía, que fue de 1.0 electronvoltios. Los datos obtenidos en el curso del experimento resultaron ser significativamente más bajos que los cálculos teóricos realizados anteriormente.
Por que los átomos de hidrógeno penetran el grafeno tan fácilmente
Los científicos han propuesto una teoría según la cual los pliegues presentes en el grafeno (que siempre están presentes a temperatura ambiente) conducen a la disociación catalítica de moléculas de hidrógeno.
Y resulta que la molécula de hidrógeno se rompe en átomos y es absorbida por el pliegue existente, y el electrón liberado se convierte en el electrón de conducción del grafeno.
Es decir, transformando así el hidrógeno en un protón (y como se estableció previamente, el grafeno transmite bien los protones).
Luego, el protón formado "salta" al otro lado de la película de grafeno y luego se desprende de ella.
Así explican los científicos todos los datos obtenidos experimentalmente. Y también el paso de los deuterones a través de la película de grafeno, que se midieron en otros experimentos.
Los científicos publicaron los resultados de su investigación en la revistaNaturaleza.
El grafeno es un material único que todavía tiene muchas propiedades por descubrir, así que si quieres ser el primero en conocer los nuevos descubrimientos, asegúrate de suscribirte y dar me gusta al artículo.
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