Ultrarychlý plyn proudí malými otvory v tenkých membránách s jedním atomem – potvrzuje staletou rovnici dynamiky tekutin

Vědci identifikují ultrarychlé proudění plynu otvory v atomovém měřítku v 2D membráně a ověřují staletou rovnici dynamiky tekutin. Fotografický kredit: N Hassani & M N-Amal, Shahid Rajee University

Vědci z Národního grafenového institutu na univerzitě v Manchesteru a na univerzitě v Pensylvánii identifikují ultrarychlé proudění plynu atomovými otvory ve 2D membránách a ověřují staletou rovnici dynamiky tekutin.

Vědci z Národního grafenového institutu na univerzitě v Manchesteru a na univerzitě v Pensylvánii identifikovali ultrarychlé toky plynu nejmenšími otvory ve vás.atom-tenké membrány, ve studii publikované v Pokrok ve vědě.

Práce – spolu s další studií společnosti Penn o výrobě takových nanoporézních membrán – je slibná pro širokou škálu aplikací, od čištění vody a plynu až po monitorování kvality ovzduší a výrobu energie.

Na počátku 20. století formuloval renomovaný dánský fyzik Martin Knudsen teorie pro popis toků plynu. Nové systémy s těsnějšími póry zpochybnily Knudsenovy popisy toků plynu, ale zůstaly platné a nebylo známo, v jakém okamžiku klesající velikosti by mohly selhat.

Manchesterský tým – vedený profesorkou Radhou Boyou ve spolupráci s týmem University of Pennsylvania pod vedením profesorky Marije Drndić – poprvé ukázal, že Knudsenův popis se zdá platit na nejvyšší atomové hranici.

Věda o dvourozměrných (2D) materiálech rychle postupuje a nyní je pro vědce rutinou vyrábět tenkou membránu. Skupina profesora Drndiće v Pensylvánii vyvinula metodu vrtání otvorů pro celé atomy do monovrstvy disulfidu wolframu. Jedna důležitá otázka však zůstala otevřená: zkontrolovat, zda jsou díry skrz naskrz na atomové úrovni, a směrovat je jeden po druhém, aniž byste je skutečně viděli ručně. Jediným způsobem, jak předem potvrdit, že díry jsou přítomné a že mají zamýšlenou velikost, je zkoumat je v elektronovém mikroskopu s vysokým rozlišením.

Tým profesora Boye vyvinul techniku ​​pro měření toků plynu atomovými otvory a tuto zase používá jako nástroj pro kvantifikaci hustoty otvorů. Řekla: „I když není pochyb o tom, že vidění věří, věda byla poměrně omezená v tom, že mohla vidět atomové póry pouze v neúspěšném mikroskopu. Zde máme zařízení, pomocí kterých můžeme nejen měřit toky plynů, ale také je použít jako vodítko k odhadu počtu atomových otvorů v membráně na začátku. “

J. Thiruraman, spoluautor studie, uvedl: „Bylo možné experimentálně získat tuto atomovou stupnici a přesně zmapovat tuto strukturu, takže si můžete být jistější, že jde o póry této velikosti a tvaru, což je výzva.“

Profesor Drndić dodal: „Mezi nalezením něco v laboratoři a vytvořením použitelné membrány je spousta fyziky zařízení. To šlo ruku v ruce s dalším vývojem technologie i naší vlastní metodiky. Novinkou je integrace do zařízení, které můžete skutečně vyjmout, a pokud si přejete, přepravit ho přes oceán [to Manchester]a měřit. “

Dr. Ashok Keerthi, další hlavní autor týmu z Manchesteru, uvedl: „Ruční kontrola tvorby atomových děr na velkých plochách na membráně je zdlouhavá a pravděpodobně nepraktická. Zde používáme jednoduchý princip: množství plynu, které membrána propouští, je měřítkem toho, jak je děravé. “

Dosažené toky plynu jsou o několik řádů větší než toky v pórech na Angstromově stupnici dříve pozorované v literatuře. Tato studie kombinovala individuální korelaci hustot atomové apertury z transmisní elektronové mikroskopie (měřeno lokálně) a z toků plynů (měřeno ve velkém měřítku) a publikována týmem. S Dar, spoluautor z Manchesteru, dodal: „Překvapivě neexistuje žádná / minimální energetická bariéra, která by protékala tak malými otvory.“

Profesor Boya dodal: „Nyní máme robustní metodu pro potvrzení vytvoření atomových otvorů na velkých plochách pomocí toků plynu. Jedná se o zásadní krok při prosazování jejich budoucích aplikací v různých oblastech, včetně molekulární separace, detekce a monitorování plynů v ultrakrátkých koncentracích. “

Odkaz: „Tok plynu atomovými otvory“ od Jothi Priyanka Thiruraman, Sidra Abbas Dar, Paul Masih Das, Nasim Hassani, Mehdi Neek-Amal, Ashok Keerthi, Marija Drndic a Boya Radha, 18. prosince 2020, Pokrok ve vědě.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc7927

Tato práce byla provedena v rámci mezinárodní spolupráce a zahrnuje experimentální týmy z Manchesteru a Filadelfie i teoretické skupiny z Shahid Rajee University v Íránu a University of Antwerp v Belgii.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.