グラフェンマスクは曇りを防ぐことができるか

1. 機械的性質 グラフェンの機械的性質は非常に強く、機械的引張強度は130GPaに達し、鋼鉄の100倍に相当します。理論的に計算すると、グラフェンの有効接続厚さが 1 ミリメートルに達すれば、象の体重を支えることができます。その強力な機械的特性はどこから来るのでしょうか?冒頭で述べたように、構造が特性を決定します。これは二次元構造であり、炭素と炭素の間の鎖は非常に強力であり、各炭素の周りに 3 つの隣接炭素があります。これら 3 つの隣接する炭素結合によって形成される炭素結合は非常に短く、非常に強力であり、これがグラフェンの高い機械的特性を支えています。

2. 電気的特性 その電気的特性は注目に値します。その電子移動度は200,000cm^2/Vsに達し、これはシリコンの100倍です。電子移動度とは何ですか?これは、電子がこの物質内をどれだけ速く走ることができるかを意味します。材料の導電率は 2 つの要素によって決まります。 1 つは電子がその中を走る速さ、もう 1 つはその中を走る電子の数です。高速道路を想像してみてください。この高速道路の制限速度はどれくらいですか?車はどれくらいの速さで走れますか?この高速道路を走る車の数によって、この高速道路の容量が決まります。そのため、電子デバイスの製造では、デバイスの計算速度を高速化できるように、多くの場合、高容量が望まれます。第二に、電流密度許容値が非常に大きいです。例えば、金属線銅線などの一般的に使用される電線があります。電流を流します。電圧が上がって電流がある程度大きくなると、その電流で銅線が焼けてしまいます。しかし、グラフェンの耐燃焼性は非常に高く、銅の 100 万倍にも達します。グラフェンを導体として使用すると、導体の重量を大幅に軽減できます。最近の発見では、二層グラフェンをある角度で回転させると、ある程度の超伝導が発生することが示されています。ただし、エネルギーバンドギャップがゼロであるという電気的特性の欠点があります。エネルギーバンド[4]は半導体の存在に関係しています。このエネルギーバンドが適切であれば、それは良好な半導体です。グラフェンはエネルギーバンドがゼロであるため、半導体ではなく金属の性質を持っているため、電子デバイスを作るのは依然として困難です。科学者たちは、これらのゼロエネルギーバンドによって引き起こされる問題を克服しつつあります。

3. 密度と大きな比表面積 グラフェンは非常に密度の高い材料です。結合が非常に短いため、原子間の距離は非常に近く、わずか 0.142nm です。つまり、水素やヘリウムなどの小さな分子や原子も通過することができません。比表面積が 2630m^2/g と、その面積が非常に大きい非常に優れたバリア材です。中央の写真を見てみましょう。グラフェンで作られた泡のような構造です。自立することができますが、非常に軽いです。ドッグテールグラスの上に置きましたが、ドッグテールグラスには構造的な変化はないようです。これらのグラフェンを使用して、いくつかのフィルター材料を作成できます。制御可能なサイズの小さな穴をいくつか開けることで、さまざまな気体や液体を分離できます。たとえば、海水中の塩の分離や、空気中の酸素と窒素の分離です。

4. 光と熱の特性 グラフェンにおける光の特性は、炭素源が 1 つだけ、炭素原子が 1 層しかないため、その透過率は 97.7% に達します。これは、1 層の炭素原子が光の 2.3% を吸収できることを意味します。 。これは大きいですか、それとも小さいですか?実際、それは非常に強い光吸収です。約50層のグラフェンで光を完全に吸収できます。他の素材ではこれは困難です。しかし、グラフェンは 1 層だけ必要なので、非常に便利です。グラフェンは非常に優れた熱伝導率を持っています。現在、熱伝導率には主に 2 つの方法があります。 1 つは電子熱伝導率と呼ばれるものです。つまり、銅やアルミニウムのように、材料の伝導性が高い場合、その熱伝導率も非常に優れていることがよくあります。しかし、熱伝導率を電気伝導率に依存しない別の材料もあります。それはフォノン、つまり音波の伝播速度に依存します。グラフェンでは、音波の伝播速度が 22km/s に達するため、非常に優れた熱伝導率を持っています。