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、無色氣體的檢測上。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檢測的惰性氣體，通過測量它們通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計算機晶片、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檢測氣體的工作。雖然它本身並不具有滲透性，但該團隊通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，然後通過小孔過濾。根據它們的質量和分子速度，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檢測惰性氣體的工具，由於惰性氣體不會與其他材料發生反應，因此傳統上檢測惰性氣體相當困難。
「想像一個氣球，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 Rosłoń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，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，用於檢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。
延伸閱讀：
《環境氣體傳感器技術及市場趨勢-2020版》
《MEMS傳感器和執行器2019年專利動態》