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Gas barrier properties of chemical vapor-deposited graphene to oxygen imparted with sub-electronvolt kinetic energy

不透過性グラフェンを介した酸素分子の触媒透過

小川 修一*; 山口 尚登*; Holby, E. F.*; 山田 貴壽*; 吉越 章隆 ; 高桑 雄二*

Ogawa, Shuichi*; Yamaguchi, Hisato*; Holby, E. F.*; Yamada, Takatoshi*; Yoshigoe, Akitaka; Takakuwa, Yuji*

原子レベルで薄いグラフェン層は軽量であり、酸素などの腐食反応物質を直接ブロックする表面保護膜としての活用が提案されている。しかし、数十年という長期的な保護が望まれていることや、合成された実際のグラフェンには欠陥が存在するため、保護膜としての有用性は不明である。本研究では、酸素分子に運動エネルギーを与えることで、本来不浸透であるはずのグラフェンに対して、サブeVの運動エネルギーを持つ高速酸素分子では触媒的な浸透特性を示すことを実証した。この分子は熱分布のごく一部であるため、この暴露実験は数十年にわたる暴露を理解するための加速ストレステストとしての役割を果たす。グラフェンの透過率は、低速酸素分子と比較して2桁の増加を示した。また、グラフェンは、高速酸素分子が透過した後も、低速酸素分子に対する相対的な不透過性を維持しており、このプロセスが非破壊的であり、暴露された物質の基本的な特性であることを示している。

Atomically thin layers of graphene have been proposed to protect surfaces through the direct blocking of corrosion reactants such as oxygen with low added weight. The long term efficacy of such an approach, however, is unclear due to the long-term desired protection of decades and the presence of defects in as-synthesized materials. Here, we demonstrate catalytic permeation of oxygen molecules through previously-described impermeable graphene by imparting sub-eV kinetic energy to molecules. These molecules represent a small fraction of a thermal distribution thus this exposure serves as an accelerated stress test for understanding decades-long exposures. The permeation rate of the energized molecules increased 2 orders of magnitude compared to their non-energized counterpart. Graphene maintained its relative impermeability to non-energized oxygen molecules even after the permeation of energized molecules indicating that the process is non-destructive and a fundamental property of the exposed material.

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パーセンタイル:18.86

分野:Chemistry, Physical

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