物理科技生物学-PHYICA

石墨烯气球识藤白花别稀有气体

纳米技术 2022-06-22 23:58:08

代尔夫特理工大学 信用:TU Delft/Makars sikins 代尔夫特理工大学和杜伊斯堡-埃森大学科学家的新研究使用原子级薄石墨烯的运动来识别稀有气体

这些气体在化学上是被动的,不会与其他物质发生反应,因此很难检测到它们

这项发现发表在《自然通讯》杂志上

石墨烯是一种最终很薄的材料,仅由一层碳原子组成

它的原子厚度使它成为气体和液体的完美过滤材料:石墨烯本身是不可渗透的,但小孔使它非常容易渗透

此外,这种材料是已知的最坚固的材料之一,能承受高应力

这两个特点共同为新型气体传感器提供了完美的基础

纳米气球 科学家们使用双层石墨烯制成的微型气球(厚度为0

7纳米),具有直径小至25纳米的非常小的纳米孔穿孔,以检测气体

他们用激光加热气球内的气体,使其膨胀

加压气体然后通过穿孔逸出

“想象一个气球,当你让空气耗尽时会放气,”图·代尔夫特研究员艾瑞克·罗索说,“我们测量气球放气的时间

在如此小的范围内,这种情况发生得非常快——在1/100左右

有趣的是,时间的长短很大程度上取决于气体的类型和孔隙的大小

例如氦,一种分子速度较高的轻气体,比氪(一种重且运动缓慢的气体)逃逸速度快五倍

“这种方法允许根据气体的质量和分子速度来区分气体,这通常需要大型质谱仪

气体泵 石墨烯气球在100千赫的高频率下不断受到光热力的驱动,导致气体通过纳米孔快速进出

气体的渗透可以通过观察石墨烯的机械运动来研究

在低泵浦频率下,气体有足够的时间逃逸,不会显著影响石墨烯的运动

然而,膜在增加的泵送频率下会经历大量的阻力,特别是当泵送周期对应于气体离开气球所花费的典型时间时

“通过测量不同的频率,我们可以找到阻力的峰值

观察到峰值的频率对应于气体的渗透速度

" 研究人员将这一想法扩展到研究通过纳米通道的气流

将气球连接到一个长通道会使气体更难逸出

放气时间的增加给出了纳米通道内气体流动力学的实验观察

总之,这项工作展示了石墨烯的非凡性质如何用于纳米尺度的气体动力学研究,以及如何设计新型传感器和器件

未来,这将使小型、低成本和多功能的传感器设备能够在工业应用或空气质量监测中确定气体混合物的成分

来源:由phyica.com整理转载自PH,转载请保留出处和链接!

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