Mécanisme de battement de groupe fonctionnel dans une petite nanofenêtre qui peut être dans un état ouvert ou fermé pour permettre la perméation de l'O2. Crédit : 2018 Communication Nature , Sous licence CC BY 4.0
Les trous à l'échelle nanométrique dans le graphène (appelés « nanofenêtres ») peuvent choisir de manière sélective le type de molécules d'air pouvant passer.
Des scientifiques de l'Université de Shinshu et de l'Université PSL, La France, a théoriquement prouvé le mouvement concerté du rebord de la nanofenêtre pour permettre sélectivement aux molécules de passer rapidement, manière économe en énergie. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour créer une technologie de membrane de séparation moléculaire avancée.
La vibration atomique du bord de la nanofenêtre modifie la taille effective de la nanofenêtre. Lorsque le bord d'un côté est dévié et que l'autre est dévié dans la direction opposée, la taille effective de la nanofenêtre devient plus grande que lorsque la jante ne bouge pas. Cet effet est prédominant pour les molécules d'oxygène, azote et argon, induisant une séparation efficace de l'oxygène de l'air.
L'étude a considéré la séparation des principaux composants de l'air :oxygène, l'azote et l'argon. Les tailles moléculaires de l'oxygène, l'azote et l'argon valent 0,299, 0,305, et 0,363 nanomètres (nm). Les chercheurs ont comparé la perméation de ces molécules sur six nanofenêtres de tailles différentes (de 0,257 nm, 0,273 nm, 0,297 nm, 0,330 nm, 0,370 nm, et 0,378 nm).
Des nanofenêtres ont été préparées par traitement d'oxydation. Ainsi, leurs jantes sont passivées avec des atomes d'hydrogène et d'oxygène, qui ont un rôle essentiel pour la perméation sélective.
