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科學家將石墨烯氣球作為難以偵測的惰性氣體的傳感器

  石墨烯具有優異的強度、柔韌性和導電性,在很多不同的領域都有很大的潛力,這可能會延伸到無味、無色氣體的偵測上。 科學家們已經將這種納米材料時尚化成了微型氣球,他們說可以區分不同種類的這些難以偵測的惰性氣體,透過測量它們透過氣球表面的微小穿孔逃逸所需的時間。

  對於致力於開發一切形式的下一代電腦晶片、先進的太陽能電池和更敏感的麥克風的材料科學家來說,石墨烯有很多吸引人的特性。但是,來自荷蘭代爾夫特理工大學和德國杜伊斯堡-埃森大學的研究團隊在這一新的突破背後,特別尋求利用兩種特性。

  石墨烯是只有一個碳原子厚度的二維材料,但儘管如此,它還是能夠承受大量的壓力,在團隊看來,這使得它非常適合過濾和偵測氣體的工作。雖然它本身並不具有滲透性,但該團隊透過在雙層石墨烯上製造小至25納米的穿孔來解決這一問題,用它來製造微小的氣球,加壓氣體可以從氣球中逸出。

  實現這一目標的方法是,首先使用雷射加熱球囊內的不同氣體,使它們膨脹,然後透過小孔過濾。根據它們的品質和分子速度,不同的氣體以不同的速度從氣球中湧出。這使得氣球成為一種非常適合偵測惰性氣體的工具,由於惰性氣體不會與其他材料發生反應,因此傳統上偵測惰性氣體相當困難。

  “想象一個氣球,當你讓空氣耗盡時,它就會癟下去,”代爾夫特理工大學的研究員Irek Roso里說,“我們測量氣球癟下去的時間。在如此小的尺度下,這種情況發生得非常快--大約在1/100.000秒內--而且有趣的是,時間的長短很大程度上取決於氣體的類型和孔隙的大小。例如氦氣,一種分子速度很高的輕質氣體,逃逸的速度是氪氣的五倍,而氪氣是一種沉重且移動緩慢的氣體。”

  該團隊希望在這一概念驗證技術的基礎上,利用這一方法開發新型傳感器,用於偵測工業環境中的惰性氣體,或用作低成本的空氣品質監測器。除此之外,他們表示,這項工作還展示了石墨烯如何用於研究微觀尺度的氣體動力學。

  該研究發表在 《自然-通訊》 雜誌上。

  【來源:cnBeta.COM】

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