Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Графеновые шары для идентификации благородных газов

Графеновые шары для идентификации благородных газов

Опубликовал: Admin, 29-11-2020, 01:01, Нанотехнологии, 45, 0

Графеновые шары для идентификации благородных газов

Новое исследование ученых из Делфтского технологического университета и Университета Дуйсбург-Эссен использует движение атомарно тонкого графена для идентификации благородных газов. Эти газы химически пассивны и не вступают в реакцию с другими материалами, что затрудняет их обнаружение. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications .

Графен - это предельно тонкий материал, состоящий только из одного слоя атомов углерода. Его атомная толщина делает его идеальным фильтрующим материалом для газов и жидкостей: графен сам по себе не проницаем, но небольшие перфорации делают его очень проницаемым. Более того, этот материал является одним из самых прочных из известных и выдерживает высокие нагрузки. Вместе эти две характеристики обеспечивают идеальную основу для новых типов датчиков газа.

Нано-шары

Ученые используют микроскопические шары из двухслойный графен (толщиной 07 нм) с очень маленькими перфорациями нанопор диаметром до 25 нм для обнаружения газов. Они используют лазер для нагрева газа внутри воздушный шар и заставить его расширяться. Затем сжатый газ выходит через перфорацию. «Представьте воздушный шар, который сдувается, когда вы выпускаете воздух, - говорит исследователь TU Delft Ирек Рослонь. - Мы измеряем время, необходимое воздушному шару, чтобы сдуться. В таком маленьком масштабе это происходит очень быстро - в пределах примерно 1/100000 доли секунды - и что интересно, продолжительность времени сильно зависит от типа газа и размера пор. Например, гелий, легкий газ с высокой молекулярной скоростью, улетает в пять раз быстрее, чем криптон, тяжелый и медленно движущийся газ ". Метод позволяет различать газы по их массе и молекулярной скорости, что обычно требует больших масс-спектрометров.

Перекачка газа

Графеновые шары непрерывно приводятся в движение оптотермической силой на высоких частотах 100 кГц, в результате чего газ очень быстро закачивается и выходит через нанопоры. Проникновение газа можно изучить, взглянув на механическое движение графена. При низких частотах накачки газ успевает выйти и не оказывает значительного влияния на движение графена. Однако мембрана испытывает большое сопротивление при повышенных частотах накачки, в частности, когда период накачки соответствует типичному времени, необходимому для выхода газа из баллона. «Измеряя на различных частотах, мы можем найти этот пик сопротивления. Частота, при которой наблюдается пик, соответствует скорости проникновения газа».

Исследователи распространили эту идею на изучение потока газа через наноканалы. Присоединение баллона к длинному каналу значительно затрудняет выход газа. Увеличение времени дефляции дает экспериментальное представление о механике потока газа в наноканалах. В целом, эта работа показывает, как необыкновенные свойства графен может быть использован для изучения газовой динамики в наномасштабе, а также для разработки новых типов датчиков и устройств. В будущем это может позволить использовать небольшие, недорогие и универсальные сенсорные устройства для определения состава газовых смесей в промышленных применениях или для мониторинга качества воздуха.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии