盡管石墨烯只有一個原子的厚度，但無缺陷石墨烯被認為對所有氣體和液體都是完全不可滲透的。這一結(jié)論是建立在理論基礎(chǔ)上的，并得到了實驗結(jié)果的支持，即在每秒105到106個原子的檢測范圍內(nèi)，無法檢測到氣體透過微米級薄膜的情況。在這里，使用石墨烯緊密密封的小型單晶容器，我們發(fā)現(xiàn)無缺陷的石墨烯是不可滲透的，其精度比之前的實驗高八到九個數(shù)量級。我們能夠辨別（但沒有觀察到）每小時只有幾個氦原子的滲透，并且此檢測限對其他測試氣體(氖、氮、氧、氬、氪和氙)均有效，氫氣除外。盡管氫分子比氦分子大，并且應(yīng)該經(jīng)歷更高的能壘，但它仍表現(xiàn)出明顯的滲透。這一令人困惑的觀察結(jié)果歸因于一個兩階段的過程，該過程涉及分子氫在催化活性石墨烯波紋處的解離，隨后被吸附的原子以約1.0電子伏特的較低活化能翻轉(zhuǎn)到石墨烯片的另一側(cè)，該值接近先前報道的質(zhì)子傳輸值。我們的工作從基本的角度及其潛在的應(yīng)用意義上，為二維材料的不可滲透性提供了重要參考。
Fig. 1 石墨烯對氦氣的不滲透性。
Fig. 2 無缺陷石墨烯的氫滲透。
Extended Data Fig. 1 設(shè)備示意圖。
Extended Data Fig. 2 微容器的電子顯微圖。
相關(guān)研究成果于2020年由英國曼徹斯特大學(xué)A. K. Geim課題組，發(fā)表在Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-2070-x)上。原文：Limits on gas impermeability of graphene
