Grafeno acabou por ser permeável, mas apenas para hidrogênio

O grafeno é um material único, cujas propriedades são tão únicas que muitos cientistas ao redor do mundo estão estudando ativamente o material.

Portanto, acreditava-se anteriormente que o grafeno de camada única é impermeável a absolutamente todos os líquidos e gases. Porém, medições e experimentos mais precisos mostraram que essa afirmação não é verdadeira. Pelo menos para átomos de hidrogênio, o grafeno é mais do que permeável.

Muito provavelmente, essa anomalia está associada à interação precisamente de átomos de hidrogênio com dobras formadas no grafeno de camada única à temperatura ambiente.

Experimentos com grafeno

Um grupo científico internacional formado por especialistas das universidades de Manchester e Wuhan sob a liderança de A. Game, conduziu uma série de experimentos.

Como resultado, eles conseguiram aumentar a sensibilidade das medições em 9 ordens de magnitude (em comparação com os experimentos de seus colegas).

E, como esses estudos mostraram, o grafeno, com uma precisão de alguns átomos por hora, é na verdade um obstáculo intransponível para o hélio, néon, nitrogênio, oxigênio, argônio, criptônio e xenônio.

Mas, no caso do hidrogênio, os cientistas tiveram uma surpresa.

Progresso da experiência

Para realizar os experimentos, os engenheiros do grupo científico criaram furos especialmente em grafite monocristalina ou nitreto de boro com uma profundidade de aproximadamente 50 nanômetros e, em seguida, fechou os "poços" com um filme de camada única de grafeno.

Os recipientes obtidos desta forma foram colocados em câmaras, onde vários gases foram bombeados, e a provável penetração dos gases nos recipientes foi monitorizada através da curvatura da película.

Visto que o ar atmosférico comum é selado no recipiente e os gases externos estão na forma pura, a pressão parcial sobre o filme de diferentes lados é diferente.

Se o grafeno fosse permeável aos gases, com o tempo ele (o gás) penetrava no recipiente criado, a pressão ali aumentava e isso levaria ao inchaço do filme.

Um microscópio de força atômica foi usado para observação.

Durante o experimento, foram usados ​​uma dezena de recipientes, que ficaram em vários gases por até um mês.

Como resultado, os cientistas descobriram que não havia fluxo significativo através da membrana, exceto para o hidrogênio. Acabou sendo mais interessante com ele.

O enigma da interação de hidrogênio e grafeno

Para efeito de comparação, o grafeno de camada única é menos permeável aos átomos de hélio (que é considerado o mais "ágil" de todos os gases, para o tamanho do núcleo) do que uma camada de vidro de sílica com o tamanho de um quilômetro (a barreira de energia é maior que 1,2 elétron-volt).

Como as medições mostraram, a permeabilidade do grafeno ao hidrogênio acabou sendo 2 * 10 ^ 10 partículas por segundo por metro quadrado.

Outros experimentos foram realizados apenas com hidrogênio e foi possível constatar que o fluxo muda exponencialmente e de acordo com a lei de Arrhenius. E foi possível calcular a barreira de energia, que era de 1,0 elétron-volts. Os dados obtidos no decorrer da experiência revelaram-se significativamente mais baixos do que os cálculos teóricos realizados anteriormente.

Por que os átomos de hidrogênio penetram no grafeno tão facilmente

Os cientistas propuseram uma teoria segundo a qual as dobras presentes no grafeno (que estão sempre presentes à temperatura ambiente) levam à dissociação catalítica das moléculas de hidrogênio.

E acontece que a molécula de hidrogênio se quebra em átomos e é absorvida pela dobra existente, e o elétron liberado se torna o elétron condutor do grafeno.

Ou seja, transformando assim o hidrogênio em um próton (e como foi estabelecido anteriormente, o grafeno transmite bem os prótons).

Então, o próton formado "salta" para o outro lado do filme de grafeno e então se desprende dele.

É assim que os cientistas explicam todos os dados obtidos experimentalmente. E também a passagem de deuterons pelo filme de grafeno, que foi medida em outros experimentos.

Os cientistas publicaram os resultados de suas pesquisas na revistaNatureza.

O grafeno é um material único que ainda possui muitas propriedades desconhecidas, então se você deseja ser o primeiro a saber sobre novas descobertas, certifique-se de se inscrever e gostar do artigo.

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