האם מסכות גרפן יכולות למנוע אובך

1. תכונות מכניות התכונות המכניות של הגרפן חזקות מאוד, וחוזק המתיחה המכני שלו מגיע ל-130GPa, השווה פי 100 מזה של פלדה. מחושב תיאורטי, אם עובי החיבור האפקטיבי של גרפן יכול להגיע למילימטר אחד, הוא יכול לתמוך במשקל של פיל. מאיפה התכונות המכניות החזקות שלו? כפי שאמרנו בהתחלה-מבנה קובע מאפיינים. זהו מבנה דו מימדי, והשרשרת בין פחמן לפחמן חזקה מאוד. יש שלושה שכנים סביב כל פחמן. קשר הפחמן שנוצר על ידי שלושת השכנים הללו הוא קצר מאוד וחזק מאוד, מה שתומך בתכונות המכניות הגבוהות של הגרפן.

2. תכונות חשמל ראויות להזכיר את תכונותיה החשמליות. ניידות האלקטרונים שלו יכולה להגיע ל-200,000 ס"מ^2/Vs, שהם פי מאה מזו של סיליקון. מהי ניידות אלקטרונים? זה אומר כמה מהר אלקטרונים יכולים לרוץ בחומר הזה. מוליכות החומר נקבעת על ידי שני דברים. האחד הוא כמה מהר האלקטרונים רצים בו, והשני הוא כמה אלקטרונים רצים בו. אתה יכול לדמיין כביש מהיר. מה המהירות המותרת בכביש המהיר הזה? כמה מהר המכונית יכולה לרוץ? מספר המכוניות הנוסעות עליו קובע את הקיבולת של הכביש המהיר הזה. אז בייצור של מכשירים אלקטרוניים, לעתים קרובות אנו מקווים לקבל קיבולת גבוהה, כך שניתן יהיה להאיץ את מהירות המחשוב של המכשיר. שנית, סבילות הצפיפות הנוכחית שלו גדולה מאוד. לדוגמה, יש לנו חוט נפוץ, כגון חוט נחושת חוט מתכת. אנחנו עוברים זרם. אם המתח גדל והזרם גדל במידה מסוימת, הזרם ישרוף את חוט הנחושת. אבל יכולתו של הגרפן להתנגד לשריפה גבוהה מאוד, היא יכולה להגיע פי מיליון מזה של נחושת!אם נשתמש בגרפן כמוליך, ניתן להפחית מאוד את משקל המוליך. תגלית לאחרונה מראה שאם גרפן דו-שכבתי מסובב בזווית, תתרחש מוליכות-על מסוימת. עם זאת, יש לו חסרון בתכונות החשמליות, שהוא פער פס האנרגיה האפס שלו. רצועת האנרגיה [4] קשורה לקיומו של מוליך למחצה. אם פס האנרגיה הזה מתאים, זה מוליך למחצה טוב. מכיוון שלגרפן יש פס אנרגיה אפס, הוא אינו מוליך למחצה, אלא תכונה מתכתית, ולכן עדיין קשה לייצר מכשירים אלקטרוניים. מדענים מתגברים על הבעיות הנגרמות על ידי רצועות אפס האנרגיה הללו.

3. צפיפות ושטח פנים ספציפי גדול גרפן הוא חומר צפוף מאוד. מכיוון שהקשרים שלו קצרים מאוד, המרחק בין האטומים קרוב מאוד, רק 0.142 ננומטר. במילים אחרות, אפילו מולקולות ואטומים קטנים כמו מימן והליום לא יכולים לעבור דרכו. זהו חומר מחסום טוב מאוד עם שטח פנים ספציפי של 2630m^2/g, מה שאומר שהשטח שלו גדול מאוד. הבה נסתכל על התמונה האמצעית, שהיא מבנה דמוי קצף עשוי גרפן. הוא יכול לתמוך בעצמו, אבל הוא קל מאוד. אנו מניחים אותו על דשא זנב, ונראה שאין שינויים מבניים בעשב הכלב. אנחנו יכולים להשתמש בגרפנים האלה כדי ליצור כמה חומרי סינון. על ידי פתיחת כמה חורים קטנים בגודל שניתן לשליטה עליהם, נוכל להפריד גזים או נוזלים שונים. למשל הפרדת מלח במי ים והפרדת חמצן וחנקן באוויר.

4. תכונות האור והחום תכונות האור בגרפן, מכיוון שיש רק מקור פחמן אחד, רק שכבה אחת של אטומי פחמן, השידור שלו יכול להגיע ל-97.7%, כלומר שכבה אחת של אטומי פחמן יכולה לספוג 2.3% מהאור. . זה גדול או קטן? למעשה, מדובר בספיגת אור חזקה מאוד. אנו יכולים לספוג אור לחלוטין עם כ-50 שכבות של גרפן. זה קשה לחומרים אחרים. אבל גרפן יכול, אנחנו צריכים רק שכבה אחת שלו, מה שהופך אותו לשימושי מאוד. לגרפן מוליכות תרמית טובה מאוד. ישנן כיום שתי דרכים עיקריות של מוליכות תרמית. אחת מהן נקראת מוליכות תרמית אלקטרונית, כלומר, אם חומר מוליך מאוד, המוליכות התרמית שלו היא לרוב גם טובה מאוד, כמו נחושת ואלומיניום. אבל יש חומר אחר שאינו מסתמך על מוליכות חשמלית עבור מוליכות תרמית. הוא מסתמך על פונונים, כלומר, מהירות התפשטות גלי הקול. בגרפן, מהירות התפשטות גלי הקול יכולה להגיע ל-22 קמ"ש, כך שיש לו מוליכות תרמית טובה מאוד.