Создана самая тонкая в мире мембрана

Ученые создали самую тонкую в мире мембрану, которая непроницаема для мельчайших молекул газа. Многослойная графеновая мембрана может применяться в различных областях, включая фильтры и сенсоры.

В отличие от праздничного воздушного шара или даже от толстого и крепкого стеклянного контейнера мембрана является сверхпрочной, герметичной и непроницаемой даже для атомов гелия.

Исследование бывшего аспиранта Корнела Скотта Банча (Scott Bunch) (в настоящий момент, доцент Университета Колорадо), профессора физики Пола МакЮэна (Paul McEuen) и их коллег из Корнельского университета может заложить основу для появления множества новых технологий - от новых способов отображения биологических материалов до методик изучения движения атомов или ионов через микроскопические отверстия.

Графен представляет собой структуру из атомов углерода в виде листа толщиной в один атом и является самым прочным материалом в мире. Он имеет плотные ковалентные связи, располагающиеся в двух измерениях и делающие возможным создание мембраны минимальной толщины. Графен относится к полуметаллам, поэтому проводит электричество, но меняет проводимость при изменении электростатического поля.

Ученые обнаружили, что отдельные графеновые листы легко получить, приклеивая клейкую ленту к чистому графиту, затем ее отклеивая обратно и переклеивая на подложку из оксида кремния. При отрывании от подложки скотча на поверхности сохраняются остатки графита от одного до десятка слоев толщиной, и, работая с этим материалом, ученые легко могут найти участки однослойного графена.

Для того чтобы испытать эластичность материала исследователи размещали графен на подложке с отверстиями и направляли газ внутрь микрополостей закрытых графеном. Затем, создав разность давлений, с помощью специального микроскопа ученые регистрировали величину отклоняющей силы. Вплоть до нескольких атмосфер графен продолжал деформироваться, не разрушаясь.

Затем мембрана была превращена в крошечный барабан, и измерялась частота ее колебаний при различном давлении. Было обнаружено, что гелий, второй по величине элемент, не может проникнуть сквозь слой графена даже при избыточном давлении.

У такой мембраны может быть множество применений. Она способна создать особый барьер, позволяя ученым формировать изображения биологических материалов через практически незаметную преграду и не помещать микроскоп во влажную среду. Также ученые могут, выполнив отверстия определенного диаметра в мембране, использовать эти систему для исследования того, как проходят через отверстие одиночные атомы или ионы. "Это может служить искусственным аналогом ионного канала в биологии или способом измерения свойств атома по его воздействию на мембрану", - говорит МакЮэн.