Графеновые шары действуют как датчики для трудно обнаруживаемых газов

Обладая превосходной прочностью, гибкостью и электропроводностью, графен имеет большой потенциал во многих областях науки и техники, и может распространяться на обнаружение бесцветных газов без запаха.

Ученые превратили наноматериал в микроскопические воздушные шары, которые, по их словам, могут различать различные виды этих трудно обнаруживаемых благородных газов, измеряя, сколько времени им требуется, чтобы выйти через крошечные отверстия на поверхности воздушных шаров.

Графен обладает множеством привлекательных свойств для материаловедов, работающих над разработкой всего, от компьютерных чипов следующего поколения до усовершенствованных солнечных элементов и более чувствительных микрофонов. Но исследовательская группа, стоящая за этим новым прорывом, из Делфтского технологического университета и Университета Дуйсбург-Эссен, в частности, стремилась использовать два свойства.

При толщине всего в один атом графен невероятно тонкий, но, несмотря на это, он способен выдерживать большие нагрузки, что, по мнению команды ученых, делает его хорошо подходящим для работы по фильтрации и обнаружению газов.

Хотя он сам по себе непроницаем, ученые решили эту проблему, сделав перфорацию размером всего 25 нанометров в двухслойном графене, который использовался для создания крошечных воздушных шаров, из которых могут выходить сжатые газы.

Это было достигнуто путем использования лазера для нагрева различных газов внутри шара, заставляя их расширяться, а затем выходить через небольшие отверстия.

В зависимости от массы и молекулярной скорости из воздушного шара разные газы выходят  с разной скоростью. Это делает воздушные шары инструментом, подходящим для обнаружения благородных газов, что традиционно довольно сложно, поскольку они не вступают в реакцию с другими материалами.

«Мы измеряем время, за которое воздушный шар сдувается. В таком маленьком масштабе это происходит очень быстро — в пределах 1/100.000 доли секунды — и что интересно, продолжительность времени сильно зависит от типа газа и размера пор. Например, гелий, легкий газ с высокой молекулярной скоростью, улетает в пять раз быстрее, чем криптон, тяжелый и медленно движущийся газ».

Исследователи надеются развить эту доказательную технологию, используя свой подход для разработки новых типов датчиков, которые можно использовать для обнаружения благородных газов в промышленных условиях или для использования в качестве недорогих мониторов качества воздуха.

Помимо этого, они говорят, что работа также демонстрирует, как графен можно использовать для изучения газовой динамики в микроскопических масштабах.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.