Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad Tecnológica de Delft y la Universidad de Duisburg-Essen utiliza el movimiento del grafeno atómicamente delgado para identificar gases nobles. Estos gases son químicamente pasivos y no reaccionan con otros materiales, lo que dificulta su detección. Los hallazgos se informan en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

El grafeno es un material finalmente delgado que consta de una sola capa de átomos de carbono. Su espesor atómico lo convierte en un material filtrante perfecto para gases y líquidos:el grafeno por sí solo no es permeable, pero pequeñas perforaciones la hacen muy permeable. Es más, el material se encuentra entre los más fuertes conocidos y soporta tensiones elevadas. Juntos, estos dos rasgos proporcionan la base perfecta para nuevos tipos de sensores de gas.

Nano globos

Los científicos utilizan globos microscópicos hechos de grafeno bicapa (con un grosor de 0,7 nm), con perforaciones de nanoporos muy pequeñas con diámetros de hasta 25 nm, para detectar gases. Usan un láser para calentar el gas dentro del globo y hacerlo expandir. El gas presurizado luego escapa a través de la perforación. "Imagina un globo que se desinfla cuando dejas salir el aire, "dice el investigador de TU Delft Irek Rosłoń, "Medimos el tiempo que tarda el globo en desinflarse. A una escala tan pequeña, esto sucede muy rápido (en aproximadamente 1 / 100.000 de segundo) y, curiosamente, el tiempo depende en gran medida del tipo de gas y del tamaño de los poros. Por ejemplo helio, un gas ligero con alta velocidad molecular, escapa cinco veces más rápido que el criptón, un gas pesado y de movimiento lento ". El método permite distinguir los gases en función de su masa y velocidad molecular, que normalmente requiere espectrómetros de masas grandes.

Bombeo de gas

Los globos de grafeno son impulsados ​​continuamente por una fuerza optotérmica a altas frecuencias de 100 kHz, haciendo que el gas se bombee hacia adentro y hacia afuera a través de los nano-poros muy rápidamente. La permeación del gas se puede estudiar observando el movimiento mecánico del grafeno. A bajas frecuencias de bombeo, el gas tiene mucho tiempo para escapar y no afecta significativamente el movimiento del grafeno. Sin embargo, la membrana experimenta una gran cantidad de arrastre a mayores frecuencias de bombeo, en particular cuando el período de bombeo corresponde al tiempo típico que tarda el gas en salir del globo. "Midiendo en varias frecuencias, podemos encontrar ese pico en el arrastre. La frecuencia a la que se observa un pico corresponde a la velocidad de permeabilidad del gas ".

Los investigadores ampliaron esta idea para estudiar el flujo de gas a través de nanocanales. Conectar el globo a un canal largo hace que sea mucho más difícil que escape el gas. El aumento del tiempo de deflación proporciona una visión experimental de la mecánica del flujo de gas dentro de los nanocanales. En total, este trabajo muestra cómo las extraordinarias propiedades del grafeno se pueden utilizar para estudiar la dinámica de los gases a nanoescala, así como para diseñar nuevos tipos de sensores y dispositivos. En el futuro, esto puede permitir pequeños, Dispositivos sensores versátiles y de bajo costo para determinar la composición de mezclas de gases en aplicaciones industriales o para el control de la calidad del aire.