Le graphène s'est avéré perméable, mais uniquement pour l'hydrogène

Le graphène est un matériau unique, dont les propriétés sont si uniques que de nombreux scientifiques du monde entier étudient activement le matériau.

On pensait donc auparavant que le graphène monocouche est imperméable à absolument tous les liquides et gaz. Mais des mesures et des expériences plus précises ont montré que cette affirmation n'est pas vraie. Au moins pour les atomes d'hydrogène, le graphène est plus que perméable.

Très probablement, cette anomalie est associée à l'interaction précisément d'atomes d'hydrogène avec des plis formés sur du graphène monocouche à température ambiante.

Expériences avec le graphène

Un groupe scientifique international composé de spécialistes des universités de Manchester et de Wuhan sous la direction de A. Game, a mené une série d'expériences.

En conséquence, ils ont réussi à augmenter la sensibilité des mesures de 9 ordres de grandeur (en comparaison avec les expériences de leurs collègues).

Et comme ces études l'ont montré, le graphène, avec une précision de quelques atomes par heure, est en fait un obstacle insurmontable pour l'hélium, le néon, l'azote, l'oxygène, l'argon, le krypton et le xénon.

Mais dans le cas de l'hydrogène, les scientifiques ont été surpris.

Progression de l'expérience

Pour mener à bien les expériences, les ingénieurs du groupe scientifique ont spécialement créé des trous dans du graphite monocristallin ou nitrure de bore d'une profondeur d'environ 50 nanomètres, puis fermé hermétiquement les "puits" avec un film monocouche de graphène.

Les récipients ainsi obtenus ont été placés dans des chambres, dans lesquelles divers gaz ont été pompés, et la pénétration probable des gaz dans les récipients a été surveillée à travers la courbure du film.

Étant donné que l'air atmosphérique ordinaire est scellé dans le récipient et que les gaz à l'extérieur sont sous une forme pure, la pression partielle sur le film de différents côtés est différente.

Si le graphène était perméable aux gaz, alors avec le temps, il (gaz) pénétrait dans le récipient créé, la pression y augmentait et cela conduirait au gonflement du film.

Un microscope à force atomique a été utilisé pour l'observation.

Au cours de l'expérience, une douzaine de conteneurs ont été utilisés, qui étaient dans divers gaz pendant jusqu'à un mois.

En conséquence, les scientifiques ont découvert qu'il n'y avait pas de flux significatif à travers la membrane à l'exception de l'hydrogène. Cela s'est avéré plus intéressant avec lui.

L'énigme de l'interaction hydrogène et graphène

À titre de comparaison, le graphène monocouche est moins perméable aux atomes d'hélium (qui est considéré comme le plus «agile» de tous les gaz, car la taille du noyau) qu'une couche de verre de silice de la taille d'un kilomètre (barrière énergétique supérieure à 1,2 électron-volt).

Comme l'ont montré les mesures, la perméabilité du graphène à l'hydrogène s'est avérée être de 2 * 10 ^ 10 particules par seconde par mètre carré.

D'autres expériences ont été menées uniquement avec de l'hydrogène et il a été possible de découvrir que le flux change de manière exponentielle et selon la loi d'Arrhenius. Et il était possible de calculer la barrière énergétique, qui était de 1,0 électron-volt. Les données obtenues au cours de l'expérience se sont révélées nettement inférieures aux calculs théoriques effectués précédemment.

Pourquoi les atomes d'hydrogène pénètrent si facilement dans le graphène

Les scientifiques ont avancé une théorie selon laquelle les plis présents sur le graphène (qui sont toujours présents à température ambiante) conduisent à la dissociation catalytique des molécules d'hydrogène.

Et il s'avère que la molécule d'hydrogène se décompose en atomes et est absorbée par le pli existant, et l'électron libéré devient l'électron de conduction du graphène.

Autrement dit, transformant ainsi l'hydrogène en proton (et comme cela a été précédemment établi, le graphène transmet bien les protons).

Ensuite, le proton formé "saute" de l'autre côté du film de graphène puis s'en détache.

C'est ainsi que les scientifiques expliquent toutes les données obtenues expérimentalement. Et aussi le passage des deutons à travers le film de graphène, qui ont été mesurés dans d'autres expériences.

Les scientifiques ont publié les résultats de leurs recherches dans la revueLa nature.

Le graphène est un matériau unique qui possède encore de nombreuses propriétés non découvertes, donc si vous voulez être le premier informé des nouvelles découvertes, assurez-vous de vous abonner et d'aimer l'article.

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