石墨烯如何用于研究微觀尺度的氣體動(dòng)力學(xué)

石墨烯具有優(yōu)異的強(qiáng)度、柔韌性和導(dǎo)電性，在很多不同的領(lǐng)域都有很大的潛力，這可能會(huì)延伸到無(wú)味、無(wú)色氣體的檢測(cè)上?？茖W(xué)家們已經(jīng)將這種納米材料時(shí)尚化成了微型氣球，他們說(shuō)可以區(qū)分不同種類的這些難以檢測(cè)的惰性氣體，通過(guò)測(cè)量它們通過(guò)氣球表面的微小穿孔逃逸所需的時(shí)間。

對(duì)于致力于開發(fā)一切形式的下一代計(jì)算機(jī)芯片、先進(jìn)的太陽(yáng)能電池和更敏感的麥克風(fēng)的材料科學(xué)家來(lái)說(shuō)，石墨烯有很多吸引人的特性。但是，來(lái)自荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和德國(guó)杜伊斯堡-埃森大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在這一新的突破背后，特別尋求利用兩種特性。

石墨烯是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，但盡管如此，它還是能夠承受大量的壓力，在團(tuán)隊(duì)看來(lái)，這使得它非常適合過(guò)濾和檢測(cè)氣體的工作。雖然它本身并不具有滲透性，但該團(tuán)隊(duì)通過(guò)在雙層石墨烯上制造小至25納米的穿孔來(lái)解決這一問(wèn)題，用它來(lái)制造微小的氣球，加壓氣體可以從氣球中逸出。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是，首先使用激光加熱球囊內(nèi)的不同氣體，使它們膨脹，然后通過(guò)小孔過(guò)濾。根據(jù)它們的質(zhì)量和分子速度，不同的氣體以不同的速度從氣球中涌出。這使得氣球成為一種非常適合檢測(cè)惰性氣體的工具，由于惰性氣體不會(huì)與其他材料發(fā)生反應(yīng)，因此傳統(tǒng)上檢測(cè)惰性氣體相當(dāng)困難。

“想象一個(gè)氣球，當(dāng)你讓空氣耗盡時(shí)，它就會(huì)癟下去，”代爾夫特理工大學(xué)的研究員Irek Ros?oń說(shuō)，“我們測(cè)量氣球癟下去的時(shí)間。在如此小的尺度下，這種情況發(fā)生得非常快，而且有趣的是，時(shí)間的長(zhǎng)短很大程度上取決于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(zhì)氣體，逃逸的速度是氪氣的五倍，而氪氣是一種沉重且移動(dòng)緩慢的氣體?！?br />
該團(tuán)隊(duì)希望在這一概念驗(yàn)證技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用這一方法開發(fā)新型傳感器，用于檢測(cè)工業(yè)環(huán)境中的惰性氣體，或用作低成本的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)器。除此之外，他們表示，這項(xiàng)工作還展示了石墨烯如何用于研究微觀尺度的氣體動(dòng)力學(xué)。

該研究發(fā)表在《自然-通訊》雜志上。

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