Măștile cu grafen pot preveni ceața

1. Proprietăți mecanice Proprietățile mecanice ale grafenului sunt foarte puternice, iar rezistența sa mecanică la tracțiune atinge 130 GPa, ceea ce este echivalent cu de 100 de ori mai mare decât a oțelului. Teoretic calculat, dacă grosimea efectivă a conexiunii a grafenului poate ajunge la un milimetru, acesta poate suporta greutatea unui elefant. De unde provin proprietățile sale mecanice puternice? După cum am spus la început, structura determină proprietăți. Este o structură bidimensională, iar lanțul dintre carbon și carbon este foarte puternic. Există trei vecini în jurul fiecărui carbon. Legătura de carbon formată de acești trei vecini este foarte scurtă și foarte puternică, ceea ce susține proprietățile mecanice ridicate ale grafenului.

2. Proprietăți electrice Proprietățile sale electrice merită menționate. Mobilitatea sa de electroni poate ajunge la 200.000 cm^2/Vs, care este de o sută de ori mai mare decât cea a siliciului. Ce este mobilitatea electronilor? Înseamnă cât de repede pot rula electronii în acest material. Conductivitatea unui material este determinată de două lucruri. Unul este cât de repede circulă electronii în el, iar al doilea este câți electroni circulă în el. Vă puteți imagina o autostradă. Care este limita de viteză pe această autostradă? Cât de repede poate rula mașina? Numărul de mașini care circulă pe el determină capacitatea acestei autostrăzi. Deci, în fabricarea dispozitivelor electronice, sperăm adesea să avem o capacitate mare, astfel încât viteza de calcul a dispozitivului să poată fi accelerată. În al doilea rând, toleranța sa actuală la densitatea este foarte mare. De exemplu, avem un fir utilizat în mod obișnuit, cum ar fi un fir metalic de cupru. Trecem curent. Dacă tensiunea crește și curentul crește într-o anumită măsură, curentul va arde firul de cupru. Dar capacitatea grafenului de a rezista la ardere este foarte mare, poate ajunge de 1 milion de ori mai mare decât a cuprului! Dacă folosim grafenul ca conductor, greutatea conductorului poate fi mult redusă. O descoperire recentă arată că dacă un grafen cu două straturi este rotit la un unghi, va apărea o oarecare supraconductivitate. Cu toate acestea, are un dezavantaj în proprietățile electrice, care este decalajul său de bandă de energie zero. Banda de energie [4] este legată de existența unui semiconductor. Dacă această bandă de energie este adecvată, este un semiconductor bun. Deoarece grafenul are o bandă de energie zero, nu este un semiconductor, ci o proprietate metalică, deci este încă dificil să faci dispozitive electronice. Oamenii de știință depășesc problemele cauzate de aceste benzi de energie zero.

3. Densitatea și suprafața specifică mare Grafenul este un material foarte dens. Deoarece legăturile sale sunt foarte scurte, distanța dintre atomi este foarte apropiată, doar 0,142 nm. Cu alte cuvinte, chiar și moleculele și atomii mici, cum ar fi hidrogenul și heliul, nu pot trece prin el. Este un material de barieră foarte bun, cu o suprafață specifică de 2630m^2/g, ceea ce înseamnă că suprafața sa este foarte mare. Să ne uităm la imaginea din mijloc, care este o structură asemănătoare spumei făcută din grafen. Se poate susține singur, dar este foarte ușor. L-am pus pe o iarbă coadă de câine, iar iarba de coadă de câine nu pare să aibă modificări structurale. Putem folosi aceste grafene pentru a face niște materiale de filtrare. Prin deschiderea unor mici orificii de dimensiuni controlabile pe ele, putem separa diferite gaze sau lichide. De exemplu, separarea sării în apa de mare și separarea oxigenului și azotului din aer.

4. Proprietățile luminii și căldurii Proprietățile luminii în grafen, deoarece există o singură sursă de carbon, un singur strat de atomi de carbon, transmitanța acestuia poate ajunge la 97,7%, ceea ce înseamnă că un strat de atomi de carbon poate absorbi 2,3% din lumină . Acesta este mare sau mic? De fapt, este o absorbție de lumină foarte puternică. Putem absorbi complet lumina cu aproximativ 50 de straturi de grafen. Acest lucru este dificil pentru alte materiale. Dar grafenul poate, avem nevoie doar de un strat din el, ceea ce îl face foarte util. Grafenul are o conductivitate termică foarte bună. În prezent, există două moduri principale de conductivitate termică. Una se numește conductivitate termică electronică, adică dacă un material este foarte conductiv, conductivitatea sa termică este adesea foarte bună, cum ar fi cuprul și aluminiul. Dar există un alt material care nu se bazează pe conductibilitatea electrică pentru conductibilitatea termică. Se bazează pe fononi, adică pe viteza de propagare a undelor sonore. În grafen, viteza de propagare a undelor sonore poate ajunge la 22 km/s, deci are o conductivitate termică foarte bună.