Графен оказался способен выдерживать высокое давление — Naked Science
8 минут
Редакция

Графен оказался способен выдерживать высокое давление

Лист графена оказывается тем прочнее, чем меньше поры в его подложке. Это сложно назвать неожиданностью, но никто еще не измерял этот эффект в числах.

graphen
©Wikipedia

Лист графена, состоящий из кристаллической решетки толщиной в один атом, может показаться очень хрупким, однако инженерам Массачусетского технологического института удалось обнаружить условия, при выполнении которых ультратонкий материал исключительно прочен, оставаясь нетронутым при приложении давления, по меньшей мере, 100 атмосфер. Это примерно в 20 раз больше давления в водопроводном кране у вас на кухне.

 

Исследователи обнаружили, что ключевым для высокой прочности является место соединения графена с пористой подложкой. Точнее, графен держит нагрузку тем лучше, чем меньше поры, расположенные под ним. Эта закономерность имеет понятную аналогию в макромире — чем длиннее мост, тем, при прочих равных условиях, меньше его прочность. Но в случае предмета толщиной в один атом, эта закономерность требовала проверки или, как минимум, уточнения величин.

 

Исследователи выращивали листы графена, используя технологию, называемую химическим осаждением из паровой фазы, затем помещали отдельные слои графена на тонкие листы пористого поликарбоната. Каждый лист подложки был изготовлен с порами определенного размера в диапазоне от 30 нанометров до 3 микрон в диаметре.
Исследователи сосредоточили внимание на том, что они назвали «микромембранами» – на областях графена, которые находились непосредственно над порами. Команда поместила графено-поликарбонатные мембраны в камеру, в верхнюю половину которой под давлением закачивался аргон. Выяснилось, что графен, размещенный над порами, имеющими диаметр 200 нанометров, выдерживал давление 100 атмосфер. Иными словами, пленочка из одноатомного углерода держала 100 атмосфер над дыркой, диаметр которой примерно на три порядка превышал толщину самой пленки. Напомним, что диаметр атома углерода составляет примерно 0.154 нм.

 

Графеновая мембрана под электронным микроскопом, Слева показана мембрана после испытания на разрыв при 100 бар. Неудачные микромембраны (темные черные области) приурочены к морщинам в графене. Справа два увеличенных изображения графеновых мембран перед (сверху) и после испытания на разрыв при перепаде давления 30 бар. Изображения показывает, что разрушение мембраны связано с внутренними дефектами вдоль морщин. Фото: Массачусетский технологический институт

 

Рохит Карник (Rohit Karnik), доцент факультета машиностроения Массачусетского технологического института, говорит, что результаты команды, представленные в журнале Nano Letters, могут послужить для создания жестких мембран на основе графена, особенно для таких целей, как опреснение, где для эффективного удаления соли из морской воды фильтрационные мембраны должны выдерживать высокое давление.

 

«Мы показываем здесь, что графен способен повысить пределы давления для мембран, – говорит Карник – Если графеновые мембраны могут использоваться для опреснения при высоком давлении, то это открывает много интересных возможностей для энергосберегающего опреснения при высокой солености».

 

Существующие в настоящее время мембраны опресняют воду с помощью обратного осмоса, процесса, при котором соленая вода под давлением нагнетается с одной стороны мембраны, не пропускающей соль и другие «лишние» молекулы. Предельное давление для многих коммерческих мембран колеблется от 50 до 80 атмосфер, при его превышении конструкция быстро деградирует. Повышение предельного давления до 100 атмосфер или выше означает общий рост производительности опреснения.

 

«Совершенно очевидно, что недостаток источников воды в обозримом будущем ликвидирован не будет, и опреснение станет основным источником пресной воды», – говорит Карник. Обратный осмос является одним из наиболее эффективных методов опреснения с точки зрения энергии. Если бы мембраны могли работать при более высоких давлениях, это обеспечило бы лучшие показатели при высокой энергетической эффективности».

«Мы показываем, что графен может выдерживать высокое давление, – говорит ведущий автор Люда Ванг . Другая часть эксперимента, которую еще предстоит провести, даст ответ на вопрос, сможем ли мы опреснить воду».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 10:51
61 минута
Александр Березин

Восемьдесят лет назад началась война — крупнейшая в истории нашей страны, да и мира в целом. Германия напала на СССР, а огромный советский воздушный флот оказался почти бессилен перед намного меньшим немецким. Объяснений этому предлагали много. Мол, советские самолеты на тот момент устарели — среди них были даже бипланы! Тщательный анализ реальной ситуации показывает принципиально иную картину. В июне 1941 года советские самолеты во многом были лучше тех, что пришли им на смену в 1941-1943-х. Звучит дико, но в реальных боях Ил-2 оказался хуже легких штурмовиков-бипланов, а Як-1 — поздних модификаций И-16. Почему так вышло и в чем на самом деле причины кошмарных поражений советских ВВС в первое лето войны?

Сегодня, 07:19
11 минут
Мария Азарова

Американские исследователи выяснили, как силиконовые грудные импланты с разной текстурой поверхности влияют на образование рубцов, а также развитие воспаления и редкого типа лимфомы.

Сегодня, 10:04
6 минут
Сергей Васильев

Новый метод анализа состава волос подкрепил правдивость мнения о том, что от стресса можно резко поседеть, а после его завершения — снова вернуть нормальную пигментацию.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

19 июня
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

21 июня
9 минут
Мария Азарова

Китайские ученые воспроизвели модель мужской беременности млекопитающих на лабораторных крысах: результаты оказались успешными лишь отчасти, но все равно показали, что в таких случаях эмбрионы могут развиваться нормально. Мировое сообщество восприняло эксперимент с ужасом.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

19 июня
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: