【原】?不透氣的石墨烯真的不透氣嗎？

DT_Carbontech 2021-01-20

展開(kāi)全文

曼徹斯特大學(xué)的一組研究人員最近公布了一系列實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)揭示了石墨烯以及其他二維材料對(duì)氣體和液體的真實(shí)不滲透性能力。

這項(xiàng)研究發(fā)表在本月的《Nature》上，研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯可以作為分解氫的催化劑，將來(lái)可以將其開(kāi)發(fā)為廉價(jià)且可用的催化劑。

石墨烯的抗?jié)B性

早在2004年，科學(xué)家就首次成功分離出了石墨烯。從那時(shí)起，探索石墨烯的研究就蓬勃發(fā)展。石墨烯已經(jīng)在傳感器，電子產(chǎn)品，油漆涂料，太陽(yáng)能電池板的組件，DNA測(cè)序和藥物輸送等許多科學(xué)領(lǐng)域中找到了應(yīng)用。

它也被認(rèn)為是可以在室溫下防止氣體和液體滲透的材料，因?yàn)樵诃h(huán)境條件下，一個(gè)原子如果想穿透石墨烯單層需要非常高的能量。科學(xué)家證明石墨烯對(duì)氦原子的抗?jié)B性強(qiáng)于石英薄膜，盡管石英薄膜比單原子厚度的石墨烯厚10萬(wàn)倍。

測(cè)試石墨烯的抗?jié)B性

為了測(cè)試石墨烯的真正抗?jié)B性，曼徹斯特大學(xué)的一組科學(xué)家建立了一種方法，這種方法對(duì)氣體原子滲透石墨烯的敏感度是以往任何方法的數(shù)十億倍。該研究小組在微米級(jí)的石墨或氮化硼單晶中鉆了幾口井。然后用石墨烯薄膜覆蓋。

由于石墨烯的原子膜是柔性且平坦的，因此可以在孔上形成氣密密封，這意味著原子和分子進(jìn)入容器的唯一方法是透過(guò)膜。將密封的井或容器置于氦氣中。壓原子進(jìn)出容器的證據(jù)是通過(guò)壓力的減少或增加來(lái)證明的。原子力顯微鏡用于監(jiān)測(cè)這些變化。

這一結(jié)果支持了之前證明石墨烯具有高催化活性的研究。

石墨烯對(duì)氫的驚人滲透性

通過(guò)測(cè)量薄膜位置的變化，研究人員能夠準(zhǔn)確記錄能夠穿過(guò)石墨烯的原子或分子的數(shù)量。每小時(shí)只有幾個(gè)氦原子進(jìn)出容器。眾所周知，氦是所有氣體中滲透性最強(qiáng)的，因此，這些原子很少能夠穿透石墨烯薄膜，這一事實(shí)對(duì)證明材料的高抗?jié)B性具有重要意義。

科學(xué)家們用其他氣體重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了氫氣，其他氣體滲透石墨烯的能力非常有限。結(jié)果表明，氫在滲透石墨烯方面相當(dāng)成功，這讓參與該項(xiàng)目的科學(xué)家們感到驚訝?？紤]到氫原子比氦原子大得多，因此出人意料的是它們應(yīng)該更容易滲透石墨烯。

石墨烯作為氫裂解催化劑

由于氫分子比氦分子大，科學(xué)家們不確定是什么原因使氫容易滲透石墨烯中。

人們認(rèn)為在石墨烯膜中觀(guān)察到的納米級(jí)波紋起催化作用，將吸收的分子氫分解成兩個(gè)單獨(dú)的原子，然后這些原子可以滲透到石墨烯膜中，從而證明了石墨烯作為氫分裂催化劑的先前未知的特性。石墨烯膜上觀(guān)察到的納米級(jí)波紋被認(rèn)為具有催化作用，將吸收的氫分子解離成兩個(gè)獨(dú)立的原子，然后滲透到石墨烯膜中，從而展示了石墨烯作為氫分裂催化劑的未知特性。

這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提供了石墨烯作為催化劑的第一個(gè)證據(jù)，這一特性需要進(jìn)一步的研究來(lái)探索。

附

其他石墨烯及碳納米材料領(lǐng)域相關(guān)快訊

1. 意大利輪胎Vittoria推出“功能化”石墨烯2.0四元混合橡膠無(wú)內(nèi)胎輪胎。

Vittoria原始Graphene輪胎偶爾會(huì)在預(yù)想不到的情況下松開(kāi)，而石墨烯2.0輪胎某些條件下更具可預(yù)測(cè)性，能適應(yīng)各種道路，天氣和溫度條件，其磨損壽命也得到提高，但是耐割傷性能不是很好，所以可能要注意避免暴露于多碎石的道路。

資訊來(lái)源：cyclingnews

鏈接：https://www./reviews/holdvittoria-corsa-control-graphene-20-open-and-tlr-tyres-review/?keepThis=true&TB_iframe=true&height=650&width=850

2. 斯威本科技大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種石墨烯超材料薄膜，該膜能以最小的熱損失吸收陽(yáng)光。

斯威本科技大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于石墨烯的高效太陽(yáng)能吸收膜，該膜可以吸收太陽(yáng)光而熱量損失最小。該膜在露天環(huán)境中會(huì)迅速升溫，并且在太陽(yáng)能熱能收集系統(tǒng)中具有巨大潛力，此外還有其他應(yīng)用（例如熱光伏技術(shù)（將熱量直接轉(zhuǎn)換為電能），太陽(yáng)能海水淡化，發(fā)光器和光電探測(cè)器）。

30nm石墨烯-材料吸熱膜照片

資訊來(lái)源：graphene-info

鏈接：https://www./researchers-develop-graphene-metamaterial-film-absorts-sunlight-minimal-heat

3. 萊斯大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)濾紙上的微小凹槽能促進(jìn)碳納米管的有序排列

碳納米管優(yōu)異的光學(xué)和電子性能取決于其直徑和結(jié)構(gòu)以及其排列方向。如果碳納米管隨機(jī)排列，就會(huì)失去其一維特性。幾十年來(lái)，研究人員一直尋找一種方法來(lái)制造定向排列的碳納米管宏觀(guān)薄膜。

萊斯大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)濾紙上的微小凹槽能促進(jìn)碳納米管的有序排列，這為2D晶體納米管薄膜的生產(chǎn)帶來(lái)了必要的可預(yù)測(cè)性，可以設(shè)計(jì)并提高碳納米管薄膜的排列程度。

可能的用途：

（1）將廢熱以近乎完美的效率轉(zhuǎn)化為電能

（2）將這種薄片與光伏材料結(jié)合，可以提供一種將熱量高效轉(zhuǎn)換為電能的方法，從而使散熱器既可以冷卻電機(jī)，又可以為電子設(shè)備供電。

資訊來(lái)源：sciencedaily

鏈接：

https://www./releases/2020/03/200309130011.htm

4. 想通過(guò)普通光學(xué)顯微鏡看到碳納米管？給它穿上“衣服”

由UNIST能源與化學(xué)工程學(xué)院教授Chang Young Lee領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組介紹了一種可以在室溫下很容易觀(guān)察到碳納米管（CNTs）的新技術(shù)：在碳納米管表面覆蓋上鹽晶體。鹽晶體在水中溶解良好，不會(huì)對(duì)碳納米管造成損害。研究小組還發(fā)現(xiàn)，碳納米管上形成的鹽晶體可以將其光學(xué)信號(hào)放大數(shù)百倍。