能識別稀有氣體的石墨烯氣球

2020-11-30 石墨烯聯盟

稀有氣體在化學上是惰性的，不會與其他材料發生反應，這使得檢測它們具有一定的挑戰性。代爾夫特理工大學和杜伊斯堡-埃森大學的科學家們利用石墨烯的運動來識別稀有氣體，研究結果發表在《Nature Communications》雜誌上。

石墨烯是一種薄型材料，僅由一層碳原子組成。它獨特的原子厚度使它成為氣體和液體的完美過濾材料：石墨烯本身它不具有滲透性，但小孔使它具有很強的滲透性。此外，這種材料是已知的最堅固的材料之一，可以承受高壓力。這兩個特點共同為新型氣體傳感器提供了完美的基礎。

科學家們使用由雙層石墨烯（厚度為0.7納米）製成的微型氣球，氣球上有直徑達25納米的極小納米孔，來探測氣體。他們用雷射加熱氣球內的氣體，使其膨脹。加壓後的氣體就會從穿孔中逸出。"就像一個氣球，當放空裡面的空氣時，它就會癟下去，"代爾夫特理工大學的研究員Irek Rosoń說，"我們測量氣球癟下去的時間。在如此小的尺度下，這一過程發生得非常快，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，而氪氣是一種重且移動緩慢的氣體。" 這種方法可以根據氣體的質量和分子速度來區分氣體，通常這需要大型質譜儀。

石墨烯氣球在100千赫的高頻光熱力的作用下，不斷地被驅動，使氣體非常迅速地通過納米孔隙被抽入抽出。通過觀察石墨烯的機械運動，可以研究氣體的滲透情況。在低抽氣頻率下，氣體有足夠的時間逸出，不會對石墨烯的運動產生明顯影響。然而，在增加抽氣頻率時，膜會承受非常大的阻力，特別是當抽氣周期與氣體離開氣球的時間相同時。"通過在不同頻率下的測量，我們可以找到阻力的那個峰值。觀察到峰值的頻率對應於氣體的滲透速度。"

研究人員將這一想法延伸到研究氣體通過納米通道的流動。將氣球連接到一個長通道上，使氣體更難逃逸。放氣時間的增加使實驗人員對納米通道內的氣體流動力學有了深入了解。總的來說，這項工作顯示了石墨烯的非凡特性是如何被用來研究納米級的氣體動力學，以及如何設計新型的傳感器和設備。在未來，這可以使小型、低成本和多功能的傳感器設備在工業應用中確定氣體混合物的成分或用於空氣品質監測。

論文標題為《High-frequency gas effusion through nanopores in suspended graphene》。


來源：科技報告與資訊

相關焦點

  • 用「石墨烯氣球」成功檢測稀有氣體
    稀有氣體能用石墨烯傳感器進行識別。稀有氣體是一種惰性化學氣體，它難以與其他材料發生反應，因此檢測難度非常高。《自然通訊》雜誌當地時間11月27日報導，荷蘭代爾夫特理工大學和德國杜伊斯堡-埃森大學的科學家們藉助原子級石墨烯氣球的運動，成功識別了稀有氣體。
  • 研究人員研究出石墨烯氣球可識別稀有氣體
    代爾夫特理工大學和埃森大學的科學家進行的新研究使用稀薄的原子石墨烯的運動來識別稀有氣體。
  • 石墨烯氣體傳感器的作用機理
    石墨烯氣體傳感器的作用機理 傳感器技術 發表於 2021-01-04 10:48:24 氣體傳感器，可用於檢測可燃，易燃和有毒氣體的設備，和/或氧的消耗.這種類型的裝置也被廣泛用於工業或滅火。
  • 8英寸石墨烯晶圓亮相,美科技界猝不及防
    今年10月29日，中科院上海微系統團隊公布了一種新型晶片材料：8英寸石墨烯晶圓。這一發明意味著60年來晶片材料終於取得了新的突破。8英寸石墨烯晶圓的出現會將晶片科技帶向一個新的紀元，一個屬於我們的晶片時代即將到來，對此，許多媒體都在喊話：美國，你慌不慌？
  • 走進石墨烯小世界之石墨烯氣凝膠
    但是，由於石墨烯片層間強的範德華力和π-π鍵作用力，使其容易發生不可逆堆疊和團聚，嚴重降低石墨烯本身的性質和有效面積，從而限制了其在某些方面的應用，而將石墨烯片作為基本的構築單元，通過鍵接連接在一起，構建三維宏觀體—石墨烯氣凝膠，是解決石墨烯片層堆疊問題的有效方法之一。
  • 合肥研究院成功製備納米零價鐵/石墨烯複合材料
    /石墨烯複合材料（NZVI/rGOs），並應用於變價態易溶性放射性元素和金屬離子的吸附與還原。放射性元素和金屬離子從納米零價鐵/石墨烯複合物解吸以後，可以通過H2/Ar混合氣體等離子體還原再生納米零價鐵/石墨烯複合材料。
  • 常溫發泡法連續製備石墨烯氣凝膠及其AI應用
    溶致塑化發泡石墨烯氣凝膠的製備及機理。（A）溶致塑化發泡的過程。（B）氧化石墨烯中水分子的插入實現片層塑化。（C）隨著氣泡的成核與生長氧化石墨烯片緩慢的發生塑化滑移形變，直至穩定。（D）形成緊密搭接的雙曲面石墨烯氣凝膠。（E）石墨烯氣凝膠的掃描形貌圖及氣泡結構模型圖。
  • 石墨烯氣凝膠獲得*輕材料金氏世界紀錄
    在各種氣凝膠中，石墨烯氣凝膠是關注度最高的一種，因為它可以應用在電子部件的電池和觸媒中。     3D列印石墨烯氣凝膠的正方形樣品非常輕便，可以掛在麥芒上而不會彎曲。該材料被金氏世界紀錄公司宣布為世界上最輕的3D列印材料。     近日消息，3D列印的石墨烯氣凝膠材料被金氏世界紀錄公司宣布為世界上最輕的3D列印材料。該材料密度是如此之小，可以安全放在花瓣或棉花上。
  • 面向生物電子學的非石墨烯二維材料：從基礎性質到器件應用
    該文系統總結了面向生物電子學應用的非石墨烯二維材料的物理化學性質、生物相容性和製備加工工藝，討論了基於此類材料的生物傳感器、人工神經突觸、仿生驅動器、觸覺傳感器和可穿戴光電/氣體傳感器的工作機理和性能優化策略，並展望了生物電子學領域的機遇與挑戰。
  • 同樣是熱,為什麼烯旺石墨烯發熱更容易被吸收?
    3、 石墨烯遠紅外共振　　推理到石墨烯發熱材料上,那麼——　　能量的發出者:純石墨烯發熱膜　　能量的接收者:人體(組織細胞)　　石墨烯遠紅外波長範圍與人體遠紅外波長範圍基本吻合　　烯旺科技國家專利技術純石墨烯發熱膜,發熱時釋放的遠紅外波長範圍也集中在6—14微米(國家紅外中心檢測),與人體的幾乎完全一致。
  • 科學家將石墨烯氣球作為難以檢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。
  • 「軟模式」與純石墨烯存在聯繫
    純石墨烯是一種二維碳原子晶體，它比鑽石還要堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，是世界上硬度最高的物質。
  • 3D列印新工藝 石墨烯氣凝膠更精細
    好消息是，維吉尼亞理工大學的研究人員們，已經展示了他們新開發的一種 3D 列印石墨烯氣凝膠方案，且其解析度遠高於此前的水準。通常情況下，石墨烯只需要以「單層厚度的碳原子片」的形式出現。儘管其在某些情況下得到了應用，但距離實際投入還很遙遠。
  • Nature子刊:石墨烯氣凝膠的終極光熱效應
    本文要點：證明石墨烯氣凝膠的最終光熱聲（PTA）效率，取決於它們的特定熱和光學性質，可以通過降低其質量密度來實驗性地實現。在這裡，我們證明了石墨烯氣凝膠的最終PTA效率，取決於它們的特定熱和光學性質，可以通過降低其質量密度來實驗性地實現。此外，我們說明氣凝膠在整個可聽範圍內表現為全向源點，沒有諧波失真。
  • 同樣是熱，烯旺石墨烯發熱憑什麼能被人體更好吸收？
    而通過醫療研究發現，人體釋放出來的紅外線波長範圍主要集中在6-14微米，當人體接收此波長範圍的光波能量時，能很好地與生物體內細胞的水分子產生這樣的話，就能夠知道同樣是熱，烯旺石墨烯發熱為什麼能被人體更好的吸收？我們知道可以讓人體接收能量的發熱體有很多種，那麼為什麼石墨烯的遠紅外人體是最能吸收的呢？目前應用在給人體進行遠紅外熱（能量）傳遞的發熱材料比如電熱絲、砭石等材料，發射的遠紅外波集中範圍與人體遠紅外波長範圍並沒有重疊得很好，那麼對人體的健康效果會一樣嗎？當然不一樣。
  • 牛墨石墨烯地暖:淺談未來石墨烯的發展趨勢
    整個房間裡你看不到空調與暖氣片，但是你能真真切切感受到溫暖。無供暖死角，無強風對流，不會感覺口乾舌燥。牛墨石墨烯地暖，引領科技供暖新時尚，以低成本高功效的節能環保智能採暖產品，滿足眾多個性化的取暖需求，顛覆採暖行業格局，引領科技創新革命，帶來個人更加智能、節能、環保、施工便捷、高性價比的電地暖產品。牛墨科技作為石墨烯地暖的領導者，自成立以來深受市場的認可。
  • 暖先森石墨烯地暖,打造中國第一地暖品牌
    暖先森石墨烯地暖加盟,科技滿足市場需求做生意大有可為。暖先森石墨烯地暖,支持直銷、聯營、代理等多種合作模式,覆蓋家裝、商裝、工裝、舊樓改造等多種經營渠道。總部自建大型生產基地,產品一律廠家直供,低價進貨,差價空間大。暖先森石墨烯地暖加盟,方便經濟,節約能源,不佔室內空間,免維護,免維修,綠色環保,不汙染環境,天然陽光般的溫暖,低溫運行,可靠性高。
  • 科學家研發世界最輕的3D列印結構——石墨烯氣凝膠
    據了解，由法羅大學、堪薩斯州立大學和中國蘭州大學的三位研究員開發的3D列印石墨烯氣凝膠被金氏世界紀錄評為「最密集的3D列印結構」。3D列印石墨烯氣凝膠重量極輕，每立方釐米僅重0.5毫克，放在棉花或花瓣頂都可以，可以製造出就有複雜微觀結構的超輕石墨烯氣凝膠。
  • 研發出了八英寸石墨烯晶圓
    最近就有很好的消息傳來，科研成功研發出了八英寸石墨烯晶圓。這原本是美方的專利，但沒有想到我國現在在這上面也取得了重大的突破。 八英寸石墨烯晶圓研發出來說明我國晶片研究已經到了最關鍵的一步，根據相關信息來看，此次石墨烯晶圓無論是在產品質量還是研發出來的尺寸上
  • 研發出了八英寸石墨烯晶圓!
    最近就有很好的消息傳來，科研成功研發出了八英寸石墨烯晶圓。這原本是美方的專利，但沒有想到我國現在在這上面也取得了重大的突破。八英寸石墨烯晶圓研發出來說明我國晶片研究已經到了最關鍵的一步，根據相關信息來看，此次石墨烯晶圓無論是在產品質量還是研發出來的尺寸上，都取得了很好的成績，甚至在世界上都遙遙領先超過了很多的國家。