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    科學家通過石墨烯制成惰性氣體傳感器

    儀表研發 2020年12月16日 11:51:42來源:cnBeta.COM 26790
    摘要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,用于檢測工業環境中的惰性氣體,或用作低成本的空氣質量監測器。

      【儀表網 儀表研發】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。
     
      對于致力于開發一切形式的下一代計算機芯片、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后,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,但盡管如此,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。雖然它本身并不具有滲透性,但該團隊通過在雙層石墨烯上制造小至25納米的穿孔來解決這一問題,用它來制造微小的氣球,加壓氣體可以從氣球中逸出。
     
      實現這一目標的方法是,首先使用激光加熱球囊內的不同氣體,使它們膨脹,然后通過小孔過濾。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涌出。這使得氣球成為一種非常適合檢測惰性氣體的工具,由于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 Ros?oń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,用于檢測工業環境中的惰性氣體,或用作低成本的空氣質量監測器。除此之外,他們表示,這項工作還展示了石墨烯如何用于研究微觀尺度的氣體動力學。
     
      該研究發表在《自然-通訊》雜志上。

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