(Phys.org) - Des professeurs d'ingénierie et des étudiants de l'Université du Colorado Boulder ont produit les premiers résultats expérimentaux montrant que des membranes de graphène atomiquement minces avec de minuscules pores peuvent séparer efficacement et efficacement les molécules de gaz par tamisage sélectif par taille.

Les résultats sont une étape importante vers la réalisation de membranes plus économes en énergie pour la production de gaz naturel et pour réduire les émissions de dioxyde de carbone des tuyaux d'échappement des centrales électriques.

Les professeurs de génie mécanique Scott Bunch et John Pellegrino ont co-écrit un article en Nature Nanotechnologie avec les étudiants diplômés Steven Koenig et Luda Wang détaillant les expériences. L'article a été publié le 7 octobre dans l'édition en ligne de la revue.

L'équipe de recherche a introduit des pores à l'échelle nanométrique dans des feuilles de graphène grâce à une "gravure oxydante induite par la lumière ultraviolette, " et ensuite mesuré la perméabilité de divers gaz à travers les membranes poreuses de graphène. Des expériences ont été faites avec une gamme de gaz, y compris l'hydrogène, gaz carbonique, argon, azote, le méthane et l'hexafluorure de soufre, dont la taille varie de 0,29 à 0,49 nanomètre, pour démontrer le potentiel de séparation en fonction de la taille moléculaire. Un nanomètre est un milliardième de mètre.

"Ces atomiquement minces, les membranes poreuses en graphène représentent une nouvelle classe de tamis moléculaires idéaux, où le transport de gaz se produit à travers des pores qui ont une épaisseur et un diamètre à l'échelle atomique, " dit Bunch.

Graphène, une seule couche de graphite, représente le premier cristal atomique véritablement bidimensionnel. Il se compose d'une seule couche d'atomes de carbone liés chimiquement dans un réseau hexagonal en "fil de poulet" - une structure atomique unique qui lui confère une puissance électrique remarquable, propriétés mécaniques et thermiques.

« Les propriétés mécaniques de ce matériau miracle fascinent le plus notre groupe, " Bunch a déclaré. "C'est le matériau le plus fin et le plus solide au monde, en plus d'être imperméable à tous les gaz standards."

Ces caractéristiques font du graphène un matériau idéal pour créer une membrane de séparation car il est durable et pourtant ne nécessite pas beaucoup d'énergie pour pousser les molécules à travers elle, il a dit.

D'autres défis techniques devront être surmontés avant que la technologie puisse être pleinement réalisée. Par exemple, créer des feuilles de graphène suffisamment grandes pour effectuer des séparations à l'échelle industrielle, et le développement d'un procédé pour produire des nanopores définis avec précision des tailles requises sont des domaines qui nécessitent un développement plus poussé. Les expériences CU-Boulder ont été réalisées à une échelle relativement petite.

L'importance du graphène dans le monde scientifique a été illustrée par le prix Nobel de physique 2010 qui a honoré deux scientifiques de l'Université de Manchester en Angleterre, André K. Geim et Konstantin Novoselov, pour produire, isoler, identifier et caractériser le graphène. Les scientifiques voient une myriade de potentiel pour le graphène à mesure que la recherche progresse, de la fabrication de nouveaux et meilleurs écrans d'affichage et de circuits électriques à la production de minuscules dispositifs biomédicaux.