石墨烯气体不可渗透性的极限
介观与纳米尺度物理
2020-03-13 v2 材料科学
摘要
尽管只有一个原子厚，无缺陷石墨烯被认为对所有气体和液体完全不可渗透。该结论基于理论，并得到实验支持，实验在每秒10^5到10^6个原子的检测限内未检测到通过微米尺寸膜的气体渗透。在此，使用以石墨烯紧密密封的小型单晶容器，我们表明无缺陷石墨烯的不可渗透性精度比先前实验高出八到九个数量级。我们可辨别每小时仅几个氦原子的渗透，并且该检测限对 all其他测试气体（氖、氮、氧、氩、氪和氙）也有效，氢除外。氢表现出明显的渗透，尽管其分子大于氦且应经历更高的能垒。这一令人困惑的观察归因于一个两阶段过程，涉及分子氢在催化活性的石墨烯涟漪处解离，随后吸附原子以约1.0电子伏特的较低活化能翻转到石墨烯片的另一侧，该值接近于先前报道的质子传输值。我们的工作为二维材料的不可渗透性提供了关键参考，并从基础视角和潜在应用角度具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1912.09220,
title = {Limits on gas impermeability of graphene},
author = {P. Z. Sun and Q. Yang and W. J. Kuang and Y. V. Stebunov and W. Q. Xiong and J. Yu and R. R. Nair and M. I. Katsnelson and S. J. Yuan and I. V. Grigorieva and M. Lozada-Hidalgo and F. C. Wang and A. K. Geim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.09220},
year = {2020}
}