石墨烯是一種薄型材料，僅由一層碳原子組成。它獨特的原子厚度使它成為氣體和液體的完美過濾材料：石墨烯本身它不具有滲透性，但小孔使它具有很強的滲透性。此外，這種材料是已知的最堅固的材料之一，可以承受高壓力。這兩個特點共同為新型氣體傳感器提供了完美的基礎。

    科學家們使用由雙層石墨烯（厚度為0.7納米）制成的微型氣球，氣球上有直徑達25納米的極小納米孔，來探測氣體。他們用激光加熱氣球內的氣體，使其膨脹。加壓后的氣體就會從穿孔中逸出。"就像一個氣球，當放空里面的空氣時，它就會癟下去，"代爾夫特理工大學的研究員Irek Rosoń說，"我們測量氣球癟下去的時間。在如此小的尺度下，這一過程發生得非常快，大約在1/100.000秒內，而且有趣的是，時間的長短很大程度上取決于氣體的類型和孔隙的大小。例如氦氣，一種分子速度很高的輕質氣體，逃逸的速度是氪氣的五倍，而氪氣是一種重且移動緩慢的氣體。" 這種方法可以根據氣體的質量和分子速度來區分氣體，通常這需要大型質譜儀。

    稀有氣體在化學上是惰性的，不會與其他材料發生反應，這使得檢測它們具有一定的挑戰性。代爾夫特理工大學和杜伊斯堡-埃森大學的科學家們利用石墨烯的運動來識別稀有氣體，研究結果發表在《Nature Communications》雜志上。

    石墨烯氣球在100千赫的高頻光熱力的作用下，不斷地被驅動，使氣體非常迅速地通過納米孔隙被抽入抽出。通過觀察石墨烯的機械運動，可以研究氣體的滲透情況。在低抽氣頻率下，氣體有足夠的時間逸出，不會對石墨烯的運動產生明顯影響。然而，在增加抽氣頻率時，膜會承受非常大的阻力，特別是當抽氣周期與氣體離開氣球的時間相同時。"通過在不同頻率下的測量，我們可以找到阻力的那個峰值。觀察到峰值的頻率對應于氣體的滲透速度。"

    研究人員將這一想法延伸到研究氣體通過納米通道的流動。將氣球連接到一個長通道上，使氣體更難逃逸。放氣時間的增加使實驗人員對納米通道內的氣體流動力學有了深入了解。總的來說，這項工作顯示了石墨烯的非凡特性是如何被用來研究納米級的氣體動力學，以及如何設計新型的傳感器和設備。在未來，這可以使小型、低成本和多功能的傳感器設備在工業應用中確定氣體混合物的成分或用于空氣質量監測。