grafen, det fineste filter

Grafen kan forenkle produktionen af ​​tungt vand og hjælpe med at rense atomaffald ved at filtrere forskellige isotoper af brint, Det viser forskning fra University of Manchester.

At skrive i naturvidenskab, et hold ledet af Sir Andre Geim demonstrerede, at brug af membraner lavet af grafen kan fungere som en si, adskille protoner - brintkerner - fra tungere kerner af brintisotop deuterium.

Processen kan betyde, at produktion af tungt vand til atomkraftværker kan være ti gange mindre energikrævende, enklere og billigere at bruge grafen.

En af brintisotoperne, deuterium, er meget udbredt i analytiske og kemiske sporingsteknologier og, også, som tungt vand, der kræves i tusindvis af tons til drift af atomkraftværker.

Den tungeste isotop, tritium, er radioaktivt og skal fjernes sikkert som et biprodukt af elproduktion på nukleare fissionsanlæg. Fremtidens atomteknologi er baseret på fusion af de to tunge isotoper.

De nuværende separationsteknologier til produktion af tungt vand er ekstremt energikrævende, og har præsenteret et stort videnskabeligt og industrielt problem. Nu gør grafenløfter det effektivt.

Forskere testede, om deuteroner - deuteriumkerner - kan passere gennem grafen og dets søstermateriale bornitrid. De forventede fuldt ud, at deuteroner let ville passere igennem, da eksisterende teori ikke forudsagde nogen forskel i permeation for begge isotoper.

Forskerne var overraskede over at finde ud af, at deuteroner ikke kun effektivt blev sigtet ud af deres ét atom tykke membraner, men blev sigtet med en høj separationseffektivitet.

Opdagelsen gør monolag af grafen og bornitrid attraktive som separationsmembraner til at berige blandinger af deuterium og tritium.

Desuden, forskerne viste, at adskillelsen er fuldt skalerbar. Ved hjælp af kemisk-dampaflejret (CVD) grafen, de byggede centimeterstore enheder til effektivt at pumpe brint ud fra en blanding af deuterium og brint.

Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo, University of Manchester postdoc-forsker og første forfatter til papiret, sagde:"Dette er virkelig den første membran, der er vist til at skelne mellem subatomare partikler, alt ved stuetemperatur.

"Nu hvor vi viste, at det er en fuldt skalerbar teknologi, vi håber, det hurtigt vil finde vej til rigtige applikationer."

Professor Irina Grigorieva, som var medforfatter til forskningen, sagde:"Vi var forbløffede over at se, at en membran kan bruges til at adskille subatomære partikler.

"Det er en virkelig enkel opsætning. Vi håber at se anvendelser af disse filtre ikke kun i analytiske og kemiske sporingsteknologier, men også til at hjælpe med at rense nukleart affald fra radioaktivt tritium."