Yüksek Basınçlara Dayanıklı Grafen Yapısı

Yüksek Basınca Dayanıklı Yapı

Karbon atomlarından oluşmuş ince grafen tabakası kırılgan görülebilir. Ancak MIT’teki mühendisler, ultra ince materyalin son derece dayanıklı olduğunu, en az 100 barlık uygulanan basınçlar altında sağlam kalan tespit ettiler. Tipik bir mutfak musluğunun ürettiği basıncın yaklaşık 20 katına eşdeğerdir.

Araştırmacılar, böyle yüksek basınçlara karşı koymanın anahtarı, grafenin, küçük deliklerle veya gözeneklerle oluşan altta yatan ince bir destek substratı ile eşleştirilmesidir. Substratın gözenekleri ne kadar küçükse, grafen o kadar çok esnektir ve yüksek basınç altındadır.

Kullanılan membran tipi

Günümüzdeki membranlar ters ozmoz yoluyla suyu tuzdan arındırır; tuz ve diğer moleküllerin filtrelenmesi engellenirken tuz suyunu içeren bir zarın bir tarafına basınç uygulanıp saf su itilir.

Araştırmacılar, kimyasal buhar birikimi denilen bir tekniği kullanarak grafen yapraklarını büyüttükten sonra gözenekli polikarbonat ince tabaka üzerine tek kat grafen yerleştirdiler. Her tabaka, 30 nanometre ila 3 mikron arasında değişen belirli bir boyuttaki gözeneklerle tasarlanmıştır.

Grafenin sağlamlığını ölçmek için araştırmacılar, “mikromembranlar” dediği şey üzerine yoğunlaştılar. Altta yatan tabakanın gözeneklerine asılı olan grafenin, 200 nanometre genişliğinde veya daha küçük olan gözeneklerin üzerine yerleştirildiğinde, 100 barlık basınçlara dayanabildiğini buldular. Tuzdan arındırmada sıklıkla karşılaşılan basınçların neredeyse iki katı. Altta yatan gözeneklerin boyutu azaldığında, araştırmacılar, sağlam kalan mikromembranlar sayısında artış gözlemledi. Bu gözenek boyutunun, grafenin sağlamlığını belirlemek için gerekliliğini belirtti.

Araçtırmacılar, ”Grafen asma köprü gibidir ve uygulanan baskı bu köprüde duran insanlar gibidir” diye açıklanıyor. “Eğer beş kişi kısa bir köprüde durabilirse, bu ağırlık veya basınç, tamamdır. Ancak, aynı halatla yapılmış köprü daha büyük bir mesafeye asılmış olursa, daha fazla stres yaşar; çünkü daha fazla insan onun üzerinde duruyor “ ifadesini ileri sürdü.

Gözenekli tasarım

Genel olarak, grafendeki kırışıklıkların uygulanan basınca bakılmaksızın patlamış mikromembranlar olup olmadığına karar verdiler. Gözenekli grafenin kırışık boyunca uzanan kısımları, 30 bar kadar düşük basınçlarda bile başarısız ya da patlamışken, kırışık olmayanlar, 100 bar’a kadar olan basınçlarda sağlam kaldı. Ve yine, altta yatan substratın gözenekleri ne kadar küçükse, gözenekli grafendeki muhtemel mikromembranlar, kırışık bölgelerde bile hayatta kalacaktı.