Graphene ternyata permeabel, tapi hanya untuk hidrogen

Graphene adalah bahan unik, sifat-sifatnya sangat unik sehingga banyak ilmuwan di seluruh dunia secara aktif mempelajari bahan tersebut.

Jadi sebelumnya diyakini bahwa graphene satu lapis benar-benar kedap terhadap semua cairan dan gas. Tetapi pengukuran dan eksperimen yang lebih akurat telah menunjukkan bahwa pernyataan ini tidak benar. Setidaknya untuk atom hidrogen, graphene lebih dari permeabel.

Kemungkinan besar, anomali ini dikaitkan dengan interaksi atom hidrogen secara tepat dengan lipatan yang terbentuk pada graphene lapis tunggal pada suhu kamar.

Eksperimen dengan graphene

Sebuah kelompok ilmiah internasional yang terdiri dari para spesialis dari universitas Manchester dan Wuhan di bawah kepemimpinan A. Game, melakukan serangkaian eksperimen.

Hasilnya, mereka mampu meningkatkan sensitivitas pengukuran sebesar 9 kali lipat (dibandingkan dengan eksperimen rekan mereka).

Dan seperti yang ditunjukkan oleh penelitian ini, graphene, dengan akurasi beberapa atom per jam, sebenarnya merupakan hambatan yang tidak dapat diatasi untuk helium, neon, nitrogen, oksigen, argon, kripton, dan xenon.

Tetapi dalam kasus hidrogen, para ilmuwan terkejut.

Kemajuan percobaan

Untuk melakukan percobaan, para insinyur dari kelompok ilmiah secara khusus membuat lubang pada grafit monokristalin atau boron nitrida dengan kedalaman kurang lebih 50 nanometer, kemudian menutup rapat "sumur" dengan film lapisan tunggal graphene.

Wadah yang diperoleh dengan cara ini ditempatkan di ruang, di mana berbagai gas dipompa masuk, dan kemungkinan penetrasi gas ke dalam wadah dipantau melalui kelengkungan film.

Karena udara atmosfir biasa disegel di dalam wadah, dan gas di luar dalam bentuk murni, tekanan parsial pada film dari sisi yang berbeda berbeda.

Jika graphene permeabel terhadap gas, maka seiring waktu (gas) menembus ke dalam wadah yang dibuat, tekanan di sana meningkat dan ini akan menyebabkan pembengkakan film.

Mikroskop gaya atom digunakan untuk observasi.

Selama percobaan, selusin wadah digunakan, yang berisi berbagai gas hingga satu bulan.

Hasilnya, para ilmuwan menemukan bahwa tidak ada fluks yang signifikan melalui membran kecuali hidrogen. Ternyata lebih menarik dengannya.

Teka-teki interaksi hidrogen dan graphene

Sebagai perbandingan, graphene satu lapis kurang permeabel terhadap atom helium (yang dianggap paling "gesit" dari semua gas, untuk ukuran inti) dari lapisan kaca silika berukuran satu kilometer (penghalang energi lebih besar dari 1,2 elektron-volt).

Pengukuran menunjukkan bahwa permeabilitas graphene menjadi hidrogen ternyata 2 * 10 ^ 10 partikel per detik per meter persegi.

Eksperimen lebih lanjut dilakukan hanya dengan hidrogen dan dimungkinkan untuk mengetahui bahwa aliran berubah secara eksponensial dan sesuai dengan hukum Arrhenius. Dan dimungkinkan untuk menghitung penghalang energi, yaitu 1,0 elektron volt. Data yang diperoleh selama percobaan ternyata jauh lebih rendah daripada perhitungan teoritis yang dilakukan sebelumnya.

Mengapa atom hidrogen begitu mudah menembus graphene

Para ilmuwan telah mengajukan teori yang menurutnya lipatan yang ada pada graphene (yang selalu ada pada suhu kamar) mengarah pada disosiasi katalitik molekul hidrogen.

Dan ternyata molekul hidrogen terurai menjadi atom dan diserap oleh lipatan yang ada, dan elektron yang dilepaskan menjadi elektron konduksi graphene.

Artinya, mengubah hidrogen menjadi proton (dan seperti yang telah ditetapkan sebelumnya, graphene mentransmisikan proton dengan baik).

Kemudian proton yang terbentuk "melompat" ke sisi lain dari film graphene dan kemudian mengelupas darinya.

Beginilah cara para ilmuwan menjelaskan semua data yang diperoleh secara eksperimental. Dan juga perjalanan deuteron melalui film graphene, yang diukur dalam eksperimen lain.

Para ilmuwan mempublikasikan hasil penelitian mereka di jurnalAlam.

Graphene adalah bahan unik yang masih memiliki banyak properti yang belum ditemukan, jadi jika Anda ingin menjadi orang pertama yang mengetahui tentang penemuan baru, pastikan untuk berlangganan dan menyukai artikelnya.

Terima kasih atas perhatiannya dan sudah membaca sampai akhir!