摘要：石墨烯对气体的阻隔性能是其应用研讨的方向之一。本文以氦气为渗透气体，采用压差法气体渗透仪测试了石墨烯样品对氦气的阻隔性能，并引见了实验原理、设备参数及适用范围、实验过程等内容，为研讨及测试石墨烯或其他资料对氧气、氮气、二氧化碳、六氟化硫、氦气等气体的阻隔性能提供参考。 关键词：氦气透过量、压差法气体渗透仪、石墨烯、气体渗透性能、阻隔性能 1、意义 石墨烯作为近年抢手的新兴资料，具有优秀的光学、电学、力学性能，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等方面具有宽广的应用前景。致密的内部结构决议了石墨烯具有优秀的阻隔性能，如何应用或改动阻隔性能是石墨烯的重要研讨方向，如石墨烯气体阻隔阂、高渗透性石墨烯过滤膜等。 氦气是分子直径最小的惰性气体，普遍应用于航空航天、军工、医疗、光电子产品消费等行业，也应用于石墨烯产品的制备及气体渗透性能研讨中。本文以石墨烯的氦气透过量的测试过程为例，引见一种有效的石墨烯气体阻隔性能检测技术。 2、实验样品 本文以某研讨院提供的石墨烯膜为实验样品。 3、实验措施 薄膜资料气体透过量的测试措施主要分为压差法原理与等压法原理两种，压差法可测试气体种类较多，等压法仅可用于氧气透过量的测试，因而，本次实验参考采用压差法中止测试，实验依据为GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性实验措施 压差法》。 4、实验设备 本文采用VAC-V2压差法气体渗透仪为实验设备测试样品的氦气透过量，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发消费。
图1 VAC-V2压差法气体渗透仪 4.1 实验原理 压差法原理是经过压力传感器监测设备低压腔内气体压力的变更状况得到资料的气体透过量。装夹好的试样将设备的测试腔分为上、下两个测试腔，上腔内填充的是测试气体，本文中为氦气，下腔经过抽真空构成低压环境。开端渗透时，上腔中的氦气在压力差的作用下，从上腔渗透过试样进入下腔，惹起下腔气体压力的变更，下腔中的压力传感器实时监测下腔压力随渗透时间的变更状况，并以此为依据得到试样的氦气透过量。 4.2 适用范围 (1) 本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试。
(2) 本设备还可扩展到航空航天用资料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化装品软管片材、各种橡胶片材等资料的透气性测试。 (3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。 (4) 本设备可满足多项国度和国际规范，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。 4.3 设备参数 设备的测试范围为0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，真空分辨率可抵达0.1 Pa；控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1℃；控湿范围为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH，可满足客户不同实验条件下的检测需求；有三个完整独立的实验腔，可同时测试三种相同或不同的试样；可中止恣意温度下的数据拟合，轻松取得极端测试条件下的实验结果；经过改制，还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试；提供规范膜中止快速校准，保障检测数据的精确性和通用性；支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理实验结果和检测讲演。 5、实验过程 (1) 裁样 从石墨烯膜样品名义裁取3片直径为97 mm的试样。 (2) 装样 分别沿三个实验腔的周围涂抹一层真空油脂，然后在每个实验腔中间测试区域内均放置一片直径为65 mm的滤纸，用于支撑试样，并能避免低压腔被污染。最后，将试样平整的粘贴在实验腔上，合上上腔并拧紧。 (3) 实验 设备衔接氦气，在控制软件上设置试样称号、厚度、实验温度、实验湿度等参数信息，点击实验开端选项，翻开真空泵，实验开端。 (4) 实验终了 设备依照设定的参数依次自动完成上腔充气-下腔抽真空-上下腔抽真空-上腔充气-实验渗透过程，实验终了后，设备显理想验结果。 6、实验结果 本次实验所测试的3片试样的测试结果分别为1.0113 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、1.1848 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、1.2007 cm3/(m2·24h·0.1MPa)，石墨烯样品的氦气透过量为3个试样测试结果的平均值1.1323 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。 7、结论 本文经过对石墨烯样品氦气透过量的测试，引见了应用压差法原理测试石墨烯资料气体阻隔性能的检测技术。设备操作简单，智能化水平高，减少了人为操作过程；实验结果的精度高，精确性好，可真实反映所测试石墨烯样品对氦气的阻隔性能。 |
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