Gazul ultra-rapid curge prin cele mai mici găuri din membranele subțiri ale unui atom: validați ecuația centenară a dinamicii fluidelor

Cercetătorii identifică fluxuri de gaze ultra-rapide prin deschideri la scară atomică în membrana 2D și validează o ecuație centenară a dinamicii fluidelor. Credit: N Hassani și M N-Amal, Universitatea Shahid Rajee

Cercetătorii de la Institutul Național de Grafen de la Universitatea din Manchester și Universitatea din Pennsylvania identifică fluxuri de gaze ultrarapide prin deschideri la scară atomică în membrana 2D și validează o ecuație centenară a dinamicii fluidelor.

Cercetătorii de la Institutul Național de Grafen de la Universitatea din Manchester și Universitatea din Pennsylvania au identificat fluxuri de gaze ultrarapide prin cele mai mici găuri dintr-oatom-membranele subțiri, într-un studiu publicat în Progrese științifice.

Lucrarea, alături de un alt studiu Penn privind crearea acestor membrane nano-poroase, este promițătoare pentru numeroase domenii de aplicare, de la purificarea apei și gazelor până la controlul calității aerului și absorbția energiei.

La începutul secolului al XX-lea, renumitul fizician danez Martin Knudsen a formulat teorii pentru a descrie fluxurile de gaze. Noile sisteme emergente de pori mai îngustați au contestat descrierile Knudsen despre fluxurile de gaze, dar acestea au rămas valabile și nu se știa în ce punct de scădere a scării puteau eșua.

Echipa Manchester, condusă de profesorul Radha Boya, în colaborare cu echipa Universității din Pennsylvania, condusă de profesorul Marija Drndić, a arătat pentru prima dată că descrierea lui Knudsen pare a fi fidelă la limită. atomic final.

Știința materialelor bidimensionale (2D) avansează rapid și acum este o rutină pentru cercetători să fabrice membrane subțiri ale unui atom. Grupul profesorului Drndić din Pennsylvania a dezvoltat o metodă pentru găurirea găurilor, cu un lățime de atom, într-un monostrat de disulfură de tungsten. A rămas, totuși, o întrebare importantă: să verificăm dacă găurile de pe scara atomică au trecut și au condus, fără a le vedea manual, una câte una. Singura modalitate de a confirma în prealabil dacă găurile erau prezente și de dimensiunea preconizată a fost de a le inspecta cu un microscop electronic de înaltă rezoluție.

Echipa profesorului Boya a dezvoltat o tehnică pentru măsurarea fluxurilor de gaze prin găurile atomice și, la rândul său, folosirea fluxului ca instrument pentru a cuantifica densitatea găurilor. Ea a spus: „Deși nu există nicio îndoială că a vedea este a crede, știința a fost practic limitată în a putea vedea doar porii atomici cu un microscop elegant. Aici avem dispozitive prin care nu putem măsura numai fluxurile de gaze. , dar și pentru a le folosi ca ghid pentru a estima câte găuri atomice erau în membrană pentru început ”.

J Thiruraman, co-autor al studiului, a spus: „A putea ajunge la această scară atomică experimental și a avea imaginea acestei structuri cu precizie, astfel încât să puteți fi mai siguri că este un por al acestei dimensiunea și forma, a fost o provocare “.

Profesorul Drndić a adăugat: „Există o mulțime de fizică a dispozitivelor între găsirea a ceva în laborator și crearea unei membrane utile. Acest lucru a venit odată cu avansarea tehnologiei, precum și cu propria noastră metodologie, iar ceea ce este nou aici este integrarea acesteia într-un dispozitiv pe care îl puteți scoate cu adevărat, transportându-l peste ocean dacă doriți. [to Manchester], și măsurați “.

Dr. Ashok Keerthi, un alt autor principal al echipei din Manchester, a declarat: “Inspecția manuală a formării găurilor atomice pe suprafețe mari într-o membrană este amănunțită și probabil impracticabilă. Aici folosim un principiu simplu, cantitatea de gaz care trece prin membrană este o măsură a găurii care este “.

Debitele de gaz realizate sunt cu câteva ordine de mărime mai mari decât debitele observate anterior în porii la scară angstrom din literatură. Acest studiu a combinat o corelație individuală cu densitățile diafragmei atomice utilizând imagini de microscopie electronică de transmisie (măsurate local) și din fluxuri de gaze (măsurate pe scară largă) și publicate de echipă. S Dar, coautor al Manchester, a adăugat: „În mod surprinzător, nu există nicio barieră energetică / minimă pentru a curge prin găuri atât de mici.”

Profesorul Boya a adăugat: „Avem acum o metodă robustă pentru confirmarea formării deschiderilor atomice în zone mari prin fluxuri de gaze, care este un pas esențial pentru aplicarea sa prospectivă în mai multe domenii, inclusiv separarea moleculară, detectarea și monitorizarea gazelor la concentrații ultra-scăzute “.

Referință: „Flux de gaz prin deschideri la scară atomică” de Jothi Priyanka Thiruraman, Sidra Abbas Dar, Paul Masih Das, Nasim Hassani, Mehdi Neek-Amal, Ashok Keerthi, Marija Drndic și Boya Radha, 18 decembrie 2020 , Progrese științifice.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc7927

Această lucrare a fost realizată printr-o colaborare internațională și include echipe experimentale din Manchester și Philadelphia, precum și grupuri teoretice de la Universitatea Shahid Rajee, Iran și Universitatea din Anvers, Belgia.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.