تبين أن الجرافين قابل للاختراق ، ولكن فقط للهيدروجين

الجرافين مادة فريدة من نوعها ، خصائصها فريدة من نوعها لدرجة أن العديد من العلماء حول العالم يدرسون المادة بنشاط.

لذلك كان يُعتقد سابقًا أن الجرافين أحادي الطبقة غير منفذة تمامًا لجميع السوائل والغازات. لكن القياسات والتجارب الأكثر دقة أظهرت أن هذه العبارة غير صحيحة. على الأقل بالنسبة لذرات الهيدروجين ، يكون الجرافين أكثر من منفذ.

على الأرجح ، يرتبط هذا الشذوذ بتفاعل ذرات الهيدروجين بدقة مع الطيات المتكونة على طبقة واحدة من الجرافين في درجة حرارة الغرفة.

تجارب مع الجرافين

مجموعة علمية دولية تتكون من متخصصين من جامعتي مانشستر ووهان بقيادة أ. لعبة ، أجرت سلسلة من التجارب.

ونتيجة لذلك ، تمكنوا من زيادة حساسية القياسات بمقدار 9 أوامر من حيث الحجم (مقارنة بتجارب زملائهم).

وكما أوضحت هذه الدراسات ، فإن الجرافين ، بدقة ذرتين في الساعة ، هو في الواقع عقبة لا يمكن التغلب عليها للهيليوم ، والنيون ، والنيتروجين ، والأكسجين ، والأرجون ، والكريبتون ، والزينون.

لكن في حالة الهيدروجين ، كان العلماء على وشك المفاجأة.

تقدم التجربة

لإجراء التجارب ، أنشأ مهندسو المجموعة العلمية ثقوبًا في الجرافيت أحادي البلورية أو نيتريد البورون بعمق 50 نانومتر تقريبًا ، ثم أغلق "الآبار" بإحكام بطبقة واحدة من الجرافين.

تم وضع الحاويات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة في غرف ، حيث تم ضخ الغازات المختلفة ، وتم مراقبة الاختراق المحتمل للغازات في الحاويات من خلال انحناء الفيلم.

نظرًا لأن الهواء الجوي العادي مغلق في الحاوية ، والغازات الخارجية في حالة نقية ، فإن الضغط الجزئي على الفيلم من جوانب مختلفة مختلف.

إذا كان الجرافين منفذاً للغازات ، فإنه بمرور الوقت (الغاز) يخترق الحاوية التي تم إنشاؤها ، ويزداد الضغط هناك مما يؤدي إلى تورم الغشاء.

تم استخدام مجهر القوة الذرية للمراقبة.

خلال التجربة ، تم استخدام عشرات الحاويات ، والتي كانت في غازات مختلفة لمدة تصل إلى شهر.

نتيجة لذلك ، وجد العلماء أنه لا يوجد تدفق كبير عبر الغشاء باستثناء الهيدروجين. اتضح أنه أكثر إثارة للاهتمام معه.

لغز تفاعل الهيدروجين والجرافين

للمقارنة ، يكون الجرافين أحادي الطبقة أقل نفاذية لذرات الهليوم (والذي يعتبر الأكثر "رشاقة" من بين جميع الغازات ، من أجل حجم اللب) من طبقة من زجاج السيليكا بحجم كيلومتر (حاجز طاقة أكبر من 1.2 إلكترون فولت).

كما أوضحت القياسات ، تبين أن نفاذية الجرافين للهيدروجين كانت 2 * 10 ^ 10 جسيمات في الثانية لكل متر مربع.

تم إجراء المزيد من التجارب فقط باستخدام الهيدروجين وكان من الممكن معرفة أن التدفق يتغير بشكل كبير وفقًا لقانون أرهينيوس. وكان من الممكن حساب حاجز الطاقة ، وهو 1.0 إلكترون فولت. تبين أن البيانات التي تم الحصول عليها أثناء التجربة كانت أقل بكثير من الحسابات النظرية التي أجريت في وقت سابق.

لماذا تخترق ذرات الهيدروجين الجرافين بهذه السهولة

طرح العلماء نظرية مفادها أن الطيات الموجودة على الجرافين (والتي توجد دائمًا في درجة حرارة الغرفة) تؤدي إلى التفكك التحفيزي لجزيئات الهيدروجين.

واتضح أن جزيء الهيدروجين يتحلل إلى ذرات ويتم امتصاصه بواسطة الطية الموجودة ، ويصبح الإلكترون المحرر الإلكترون الناقل للجرافين.

وهذا يعني تحويل الهيدروجين إلى بروتون (وكما تم تحديده سابقًا ، ينقل الجرافين البروتونات جيدًا).

ثم "يقفز" البروتون المتشكل إلى الجانب الآخر من فيلم الجرافين ثم ينفصل عنه.

هذه هي الطريقة التي يشرح بها العلماء جميع البيانات التي تم الحصول عليها تجريبياً. وكذلك مرور الديوترونات عبر طبقة الجرافين التي تم قياسها في تجارب أخرى.

نشر العلماء نتائج أبحاثهم في المجلةطبيعة.

الجرافين مادة فريدة لا تزال تحتوي على العديد من الخصائص غير المكتشفة ، لذا إذا كنت تريد أن تكون أول من يعرف الاكتشافات الجديدة ، فتأكد من الاشتراك وإبداء الإعجاب بالمقال.

شكرا لاهتمامكم والقراءة حتى النهاية!