石墨烯薄膜和温室气体污染

斯科特教授束会谈AZoM有关使其在分子筛和哪些应用程序，这可能在未来的有用材料石墨烯的特性。

能否请您提供石墨烯的定义和其发现的简史？

石墨烯是石墨和石墨的单原子层为铅笔芯找到材料。它由以六边形细铁丝网的晶格，其中片材通过弱范德华键固定在一起共价键合的碳原子薄片。单个的石墨烯层，首先在2004年由一队在曼彻斯特大学的科学家的隔离。自那时以来，一直在这个领域探索这个神奇的新材料的物理性质工作的一个爆炸。这最终导致在诺贝尔物理学奖，以安德烈·海姆和克斯特亚诺沃肖洛夫，在英国曼彻斯特大学的科学家首先分离出石墨烯，并进行了一些开拓实验对这种新材料的2。

是什么使得它如此令人兴奋的新材料石墨烯的独特属性？

根据您的兴趣，有许多独特的属性，使这是一个令人兴奋的新材料。对于一个，它是最薄的材料，因为它由一层原子组成。将其与其卓越的电气，机械，热和光学特性联系在一起，您拥有科学家和工程师在过去几年中繁忙，探索其性质和潜在应用。在我们的情况下，我们对机械性能最感兴趣。它是最薄的最薄的材料以及对所有气体不可渗透。

你最近做了有关石墨烯的实验工作 - 你可以请概述这一细节呢？

最近，我们发现一种方法可以在该原子薄材料中引入分子尺寸的孔，并测量气体通过这些孔的渗透性。我们发现可以创建孔，使得它们有效地基于尺寸排除的气体分开 - 较小的分子通过而更大的分子不能。您可以将这些多孔石墨烯膜视为原子薄过滤器用于气体。

你能解释氧化的“蚀刻”，为什么会使用它？

将孔引入材料中，我们使用氧化蚀刻技术。如上所述，原始石墨烯对于气体不可渗透，因此在需要开发的材料中引入孔的装置。为了实现这一点，在氧气存在下，我们将原始石墨烯膜暴露于足够低的波长的UV光。

紫外光和氧在石墨烯膜提供的能量和必要的缓慢蚀刻小孔化学。我们尝试了几种不同的蚀刻技术，但这个特殊的技术被证明是最有效的。我想这是因为蚀刻过程是缓慢足以使分子大小的毛孔具有高选择性的气体可以创建。我们使用这种技术的主要的原因是因为它的工作。

在实验期间使用什么气体？

我们测量了H的渗透性₂（氢），CO₂（二氧化碳），Ar（氩），N₂（氮），CH_4.（甲烷），和SF_6.（六氟化硫）。我们选择这些气体，因为它们涉及广泛的分子直径（0.29纳米 - 0.49 nm）与在我们的实验室是容易获得的。另一个原因是采摘这些气体是重要的实际意义和使用膜有效地将它们分开的难度。最重要的气体中有两个是CH_4，其是天然气和CO中的主成分₂从发电厂发出。

这项工作的发现是什么？

我们发现，通过蚀刻悬浮的石墨烯膜中的分子尺寸孔，我们能够基于其分子尺寸分离气体。我们独特的实验几何形状使我们能够通过少量原始膜中测量气体渗透和选择性。

为什么石墨烯是有效分离气体分子的优异材料？

石墨烯膜是原子薄的事实是这种新型膜的巨大承诺之一。具有薄膜意味着您可以通过它具有大量的气体。这不需要大量的能量来推动分子，因此它们是极其节能的。

另一个优点是能够调整孔尺寸在原子尺度和不具有担心3^rd.尺寸。原则上，可以根据除去多少碳原子来引入石墨烯中的任何尺寸孔。这提供了通过其分子直径和使这些膜节能的高通量来区分气体分子的潜在优异的能力。

这种大小选择性筛分的环境效益是什么？

环境效益是上面提到的。你可以有高效节能膜从中你可以做一些技术上重要的分离。

可以在目前的技术可以在工业规模上使用？目前有哪些限制？

我们目前的膜在微米尺度上具有直径。如果发电厂和天然气管道小于人类头发的直径，这些膜将很好地工作，但不幸的是，对于工业用途，需要过滤许多需要更大的膜的气体。幸运的是，现在有技术可以生长大区域单个原子层石墨烯。通过Rod Ruoff群体在奥斯汀大学在德克萨斯大学开发了一种技术，使用石墨烯的化学气相沉积生长在铜上获得大片。我们与世界上其他几个群体一起，现在正在努力尝试将石墨烯膜缩放到大小，这将使它们能够适应工业规模加工。

可以对第一晶体管进行类似的类比，第一晶体管是人手的尺寸。通过巧妙的工程和许多努力工作，工程师和科学家们发现了一种小型化晶体管的方法，使我们现在可以将数十亿美元的计算机芯片包装在电脑芯片上。类似的挑战等待石墨烯膜，其中工业应用需要具有高密度密度的具有高密度的大床单。这项研究仍处于初期，但石墨烯制造的快速进展和多孔石墨烯膜显示器的承诺使我们能够使我们有动力。