بالون گرافن برای شناسایی گازهای نجیب

0
Graphene balloons to identify noble gases
اعتبار: TU Delft / Makars Šiškins

تحقیقات جدید دانشمندان دانشگاه صنعتی دلفت و دانشگاه دویسبورگ اسن از حرکت گرافن نازک اتمی برای شناسایی گازهای نجیب استفاده می کند. این گازها از نظر شیمیایی منفعل هستند و با مواد دیگر واکنشی نشان نمی دهند و همین امر تشخیص آنها را به چالش می کشد. یافته ها در مجله ارتباطات طبیعت گزارش شده است.

گرافن در نهایت ماده نازکی است که فقط از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است. ضخامت اتمی آن ، آن را به یک فیلتر فیلتر مناسب برای گازها و مایعات تبدیل می کند: گرافن به خودی خود نفوذپذیر نیست ، اما سوراخ های کوچک آن را بسیار نفوذپذیر می کند. علاوه بر این ، این ماده از قوی ترین مواد شناخته شده است و در برابر فشارهای زیاد مقاومت می کند. در کنار هم ، این دو ویژگی پایه مناسبی برای انواع جدید حسگرهای گاز است.

بالن های نانو

دانشمندان از بالن های میکروسکوپی ساخته شده از گرافن دو لایه (با یک ضخامت ۰٫۷ نانومتر) ، با سوراخ های بسیار کوچک نانو منفذ با قطر تا ۲۵ نانومتر ، برای تشخیص گازها. آنها از لیزر برای گرم کردن گاز داخل بالون استفاده می کنند و باعث گسترش آن می شوند. سپس گاز تحت فشار از طریق سوراخ خارج می شود. ایرک روسوش ، محقق TU Delft می گوید: “یک بالون را که هنگام خروج هوا از هوا خاموش می شود ، تصور کنید ،” ما مدت زمان خنک کردن بالون را اندازه گیری می کنیم. در چنین مقیاس کوچک ، این اتفاق خیلی سریع رخ می دهد – در حدود ۱/۱۰۰۰۰۰ ثانیه ثانیه – و جالب اینکه مدت زمان بستگی زیادی به نوع گاز و اندازه منافذ دارد. به عنوان مثال هلیوم ، یک گاز سبک با سرعت مولکولی بالا ، پنج برابر سریعتر از کریپتون ، سنگین و به آرامی در حال فرار است. گاز.” این روش اجازه می دهد تا گازها بر اساس جرم و سرعت مولکولی آنها تشخیص داده شود ، که معمولاً به طیف سنج های جرمی زیادی احتیاج دارد.

پمپاژ گاز

بالن های گرافن به طور مداوم توسط یک نیروی گرمایی در فرکانس های بالا ۱۰۰ کیلوهرتز هدایت می شوند ، و باعث می شود تا گاز از طریق منافذ نانو خیلی سریع وارد و خارج شود. با مشاهده حرکت مکانیکی گرافن می توان نفوذ گاز را بررسی کرد. در فرکانس های پایین پمپاژ ، گاز زمان زیادی برای فرار دارد و به طور قابل توجهی بر حرکت گرافن تأثیر نمی گذارد. با این حال ، غشا a مقدار زیادی از کشش را در افزایش فرکانس های پمپاژ تجربه می کند ، به ویژه هنگامی که دوره پمپاژ مربوط به زمان معمول برای خروج گاز از بالون باشد. “با اندازه گیری در فرکانسهای مختلف ، می توانیم آن قله را در کشش دریابیم. فرکانس مشاهده یک پیک با سرعت نفوذ گاز مطابقت دارد.”

محققان این ایده را برای مطالعه جریان گاز از طریق کانالهای نانو گسترش دادند. اتصال بادکنک به یک کانال طولانی ، خروج گاز را بسیار دشوارتر می کند. افزایش زمان تخلیه ، بینشی تجربی در مورد مکانیک جریان گاز در کانالهای نانو می دهد. در مجموع ، این کار نشان می دهد که چگونه می توان از خصوصیات خارق العاده گرافن برای مطالعه گاز استفاده کرد پویایی در مقیاس نانو و همچنین مهندسی انواع جدید حسگرها و دستگاه ها. در آینده ، این می تواند دستگاه های حسگر کوچک ، کم هزینه و همه کاره را قادر به تعیین ترکیب مخلوط های گاز در کاربردهای صنعتی یا نظارت بر کیفیت هوا کند.

مطالب پیشنهادی

ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.