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科学家将石墨烯“气球”作为难以检测的惰性气体的传感器

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  • 发布时间:2020-12-01 14:43
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【概要描述】石墨烯具有优异的强度、柔韧性和导电性,在很多不同的领域都有很大的潜力,这可能会延伸到无味、无色气体的检测上。科学家们已经将这种纳米材料时尚化成了微型气球,他们说可以区分不同种类的这些难以检测的惰性气体,通过测量它们通过气球表面的微小穿孔逃逸所需的时间。

科学家将石墨烯“气球”作为难以检测的惰性气体的传感器

【概要描述】石墨烯具有优异的强度、柔韧性和导电性,在很多不同的领域都有很大的潜力,这可能会延伸到无味、无色气体的检测上。科学家们已经将这种纳米材料时尚化成了微型气球,他们说可以区分不同种类的这些难以检测的惰性气体,通过测量它们通过气球表面的微小穿孔逃逸所需的时间。

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石墨烯具有优异的强度、柔韧性和导电性,在很多不同的领域都有很大的潜力,这可能会延伸到无味、无色气体的检测上。科学家们已经将这种纳米材料时尚化成了微型气球,他们说可以区分不同种类的这些难以检测的惰性气体,通过测量它们通过气球表面的微小穿孔逃逸所需的时间。

对于致力于开发一切形式的下一代计算机芯片、先进的太阳能电池和更敏感的麦克风的材料科学家来说,石墨烯有很多吸引人的特性。但是,来自荷兰代尔夫特理工大学和德国杜伊斯堡-埃森大学的研究团队在这一新的突破背后,特别寻求利用两种特性。

石墨烯是只有一个碳原子厚度的二维材料,但尽管如此,它还是能够承受大量的压力,在团队看来,这使得它非常适合过滤和检测气体的工作。虽然它本身并不具有渗透性,但该团队通过在双层石墨烯上制造小至25纳米的穿孔来解决这一问题,用它来制造微小的气球,加压气体可以从气球中逸出。

实现这一目标的方法是,首先使用激光加热球囊内的不同气体,使它们膨胀,然后通过小孔过滤。根据它们的质量和分子速度,不同的气体以不同的速度从气球中涌出。这使得气球成为一种非常适合检测惰性气体的工具,由于惰性气体不会与其他材料发生反应,因此传统上检测惰性气体相当困难。

“想象一个气球,当你让空气耗尽时,它就会瘪下去,”代尔夫特理工大学的研究员Irek Rosłoń说,“我们测量气球瘪下去的时间。在如此小的尺度下,这种情况发生得非常快--大约在1/100.000秒内--而且有趣的是,时间的长短很大程度上取决于气体的类型和孔隙的大小。例如氦气,一种分子速度很高的轻质气体,逃逸的速度是氪气的五倍,而氪气是一种沉重且移动缓慢的气体。”

该团队希望在这一概念验证技术的基础上,利用这一方法开发新型传感器,用于检测工业环境中的惰性气体,或用作低成本的空气质量监测器。除此之外,他们表示,这项工作还展示了石墨烯如何用于研究微观尺度的气体动力学。

该研究发表在《自然-通讯》杂志上。

 

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