גרפן התגלה כחלחל, אך רק למימן
גרפן הוא חומר ייחודי, שתכונותיו ייחודיות כל כך עד שמדענים רבים ברחבי העולם חוקרים את החומר באופן פעיל.
לכן האמינו בעבר כי גרפן שכבה אחת חדיר לחלוטין לכל הנוזלים והגזים. אך מדידות וניסויים מדויקים יותר הראו כי הצהרה זו אינה נכונה. לפחות באטומי מימן, גרפן הוא חדיר יותר.
סביר להניח כי חריגה זו קשורה לאינטראקציה של אטומי מימן בדיוק עם קפלים שנוצרו על גרפן שכבה אחת בטמפרטורת החדר.
ניסויים עם גרפן
קבוצה מדעית בינלאומית המורכבת ממומחים מאוניברסיטאות מנצ'סטר ווהאן בהנהגתו של א. משחק, ערך סדרת ניסויים.
כתוצאה מכך הם הצליחו להגביר את רגישות המדידות ב 9 סדרי גודל (בהשוואה לניסויים של עמיתיהם).
וכפי שמחקרים אלו הראו, גרפן, בדיוק של כמה אטומים בשעה, הוא למעשה מכשול בלתי עביר להליום, ניאון, חנקן, חמצן, ארגון, קריפטון וקסנון.
אבל במקרה של מימן, המדענים ציפו להפתעה.
התקדמות הניסוי
כדי לבצע את הניסויים, מהנדסי הקבוצה המדעית יצרו חורים בגרפיט חד-גבישי או בוריד ניטריד בעומק של כ -50 ננומטר, ואז סגר היטב את ה"בארות "עם סרט שכבה אחת של גרפן.
המכולות שהושגו בדרך זו הונחו בתאים, שם נשאבו גזים שונים, ופיקוח על פילוח על חדירת הגזים האפשרית למיכלים.
מכיוון שאוויר אטמוספרי רגיל אטום במיכל, והגזים בחוץ הם בצורה טהורה, הלחץ החלקי על הסרט מצדדים שונים הוא שונה.
אם גרפן היה חדיר לגזים, אז עם הזמן הוא (גז) חדר לתוך המיכל שנוצר, הלחץ שם גדל והדבר יוביל לנפיחות הסרט.
מיקרוסקופ כוח אטומי שימש לתצפית.
במהלך הניסוי נעשה שימוש בתריסר מכולות שהיו בגזים שונים עד חודש.
כתוצאה מכך, המדענים מצאו כי לא היה שטף משמעותי דרך הממברנה למעט מימן. התברר שהוא מעניין יותר איתו.
חידת האינטראקציה של מימן וגרפן
לשם השוואה, גרפן שכבה אחת חדיר פחות לאטומי הליום (הנחשב ל"זריז "ביותר מכל הגזים, שכן גודל הליבה) משכבת זכוכית סיליקה בגודל קילומטר (מחסום אנרגיה גדול מ -1.2 וולט אלקטרונים).
כפי שהראו מדידות, החדירות של גרפן למימן התבררה כ -2 * 10 ^ 10 חלקיקים לשנייה למטר מרובע.
ניסויים נוספים נערכו רק עם מימן והיה ניתן לגלות כי השטף משתנה באופן אקספוננציאלי ועל פי חוק ארנהיוס. ואפשר היה לחשב את מחסום האנרגיה, שהיה 1.0 וולט אלקטרונים. הנתונים שהתקבלו במהלך הניסוי התבררו כנמוכים משמעותית מהחישובים התיאורטיים שבוצעו קודם לכן.
מדוע אטומי מימן חודרים לגרפן כל כך בקלות
מדענים העלו תיאוריה לפיה הקפלים הקיימים בגרפן (הנמצאים תמיד בטמפרטורת החדר) מובילים לניתוק קטליטי של מולקולות מימן.
ומתברר כי מולקולת המימן מתפרקת לאטומים ונספגת בקפל הקיים, והאלקטרון המשוחרר הופך לאלקטרון ההולכה של גרפן.
כלומר, ובכך הופך מימן לפרוטון (וכפי שנקבע בעבר, גרפן מעביר פרוטונים היטב).
ואז הפרוטון הנוצר "קופץ" לצד השני של סרט הגרפן ואז מתקלף ממנו.
כך מסבירים מדענים את כל הנתונים שהתקבלו בניסוי. וגם מעבר של דויטרים דרך סרט הגרפן, שנמדד בניסויים אחרים.
המדענים פרסמו את תוצאות מחקריהם בכתב העתטֶבַע.
גרפן הוא חומר ייחודי שעדיין בעל תכונות רבות שלא התגלו, כך שאם אתם רוצים להיות הראשונים לדעת על תגליות חדשות, דאגו להירשם ולחבב את המאמר.
תודה על תשומת הלב וקראת עד הסוף!