曼彻斯特大学的一个研究小组最近公布了一系列实验的结果。这些实验揭示了石墨烯以及其他二维材料对气体和液体的真实不渗透性水平。
这项研究发表在本月的《自然》(Nature)杂志上，它揭示了石墨烯是一种裂解氢的催化剂，在未来，它将被开发成一种廉价、可用的催化剂。
石墨烯的令人难以置信的不渗透性
早在2004年，科学家们就首次分离出了二维碳层。从那以后，探索石墨烯全部潜能的研究蓬勃发展。它已经在许多科学领域得到了应用，如传感器、电子器件、油漆涂料、太阳能板组件、DNA测序和药物传递等等。
它还被认为是一种可以防止气体和液体在室温下渗透的材料，因为它需要一个具有极高能量的原子在环境条件下穿透石墨烯的单层。
科学家们认为，找到一个具有足够能量的原子来做到这一点是非常罕见的，以至于需要比宇宙的寿命还要长的时间才能找到它。十多年来，实验一直在收集支持这一理论的证据，科学家们证明，石墨烯对氦原子的渗透性不如石英薄膜，尽管石英薄膜比单原子厚度的石墨烯厚10万倍。
测试石墨烯的抗渗性
为了测试石墨烯的真正抗渗性，曼彻斯特大学的一组科学家建立了一种方法，这种方法对气体原子渗透石墨烯的敏感度是以往任何方法的数十亿倍。该研究小组在微米级的石墨或氮化硼单晶中钻了几口井。然后用石墨烯薄膜覆盖。
由于石墨烯的原子膜是扁平的，它的作用是在孔上形成气密密封，这意味着原子和分子进入容器的唯一途径是通过渗透薄膜。密封的井或容器被放置在氦气中。原子进出容器的证据是通过压力的减少或增加来证明的。原子力显微镜被用来监测这些变化。
这一结果支持了之前证明石墨烯具有高催化活性的研究。
石墨烯惊人的氢渗透性
通过测量薄膜位置的变化，研究人员能够准确记录能够穿过石墨烯的原子或分子的数量。每小时只有几个氦原子进出容器。众所周知，氦是所有气体中渗透性最强的，因此，这些原子很少能够穿透石墨烯薄膜，这一事实对证明材料的高渗透性具有重要意义。
科学家们用其他气体重复了这个实验，除了氢气，其他气体渗透石墨烯的能力非常有限。结果表明，氢在渗透石墨烯方面相当成功，这让参与该项目的科学家们感到惊讶。考虑到氢原子比氦原子大得多，它们更容易渗透到石墨烯中是出乎意料的。
