შეუძლია თუ არა გრაფენის ნიღბებს ნისლის თავიდან აცილება

1. მექანიკური თვისებები გრაფენის მექანიკური თვისებები ძალიან ძლიერია და მისი მექანიკური დაჭიმვის სიძლიერე აღწევს 130 გპა-ს, რაც ფოლადის 100-ჯერ ექვივალენტურია. თეორიულად გამოითვლება, თუ გრაფენის ეფექტური კავშირის სისქე ერთ მილიმეტრს აღწევს, მას შეუძლია სპილოს წონა გაუძლოს. საიდან მოდის მისი ძლიერი მექანიკური თვისებები? როგორც დასაწყისში ვთქვით, სტრუქტურა განსაზღვრავს თვისებებს. ეს არის ორგანზომილებიანი სტრუქტურა და ნახშირბადსა და ნახშირბადს შორის ჯაჭვი ძალიან ძლიერია. თითოეული ნახშირბადის გარშემო სამი მეზობელია. ამ სამი მეზობლის მიერ წარმოქმნილი ნახშირბადის ბმა არის ძალიან მოკლე და ძალიან ძლიერი, რაც მხარს უჭერს გრაფენის მაღალ მექანიკურ თვისებებს.

2. ელექტრული თვისებები აღსანიშნავია მისი ელექტრული თვისებები. მისი ელექტრონების მობილურობამ შეიძლება მიაღწიოს 200000 სმ^2/Vs, რაც ასჯერ აღემატება სილიკონს. რა არის ელექტრონების მობილურობა? ეს ნიშნავს, თუ რამდენად სწრაფად შეუძლიათ ელექტრონებს ამ მასალაში გაშვება. მასალის გამტარობა განისაზღვრება ორი რამით. ერთი არის ის, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობენ მასში ელექტრონები და მეორე არის ის, თუ რამდენი ელექტრონი გადის მასში. თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ გზატკეცილი. რა სიჩქარის ლიმიტია ამ გზატკეცილზე? რამდენად სწრაფად შეუძლია მანქანას სიარული? მასზე მოძრავი მანქანების რაოდენობა განსაზღვრავს ამ მაგისტრალის გამტარუნარიანობას. ასე რომ, ელექტრონული მოწყობილობების წარმოებაში, ჩვენ ხშირად ვიმედოვნებთ, რომ გვაქვს მაღალი სიმძლავრე, რათა მოხდეს მოწყობილობის გამოთვლითი სიჩქარის დაჩქარება. მეორე, მისი ამჟამინდელი სიმკვრივის ტოლერანტობა ძალიან დიდია. მაგალითად, ჩვენ გვაქვს საყოველთაოდ გამოყენებული მავთული, როგორიცაა ლითონის მავთულის სპილენძის მავთული. ჩვენ გავდივართ დენს. თუ ძაბვა იზრდება და დენი გაიზრდება გარკვეულწილად, დენი დაწვავს სპილენძის მავთულს. მაგრამ გრაფენის უნარი გაუძლოს წვას ძალიან მაღალია, მას შეუძლია მიაღწიოს 1 მილიონჯერ სპილენძს! თუ გრაფენს გამოვიყენებთ გამტარად, გამტარის წონა შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს. ბოლო აღმოჩენამ აჩვენა, რომ თუ ორშრიანი გრაფენი ბრუნავს კუთხით, წარმოიქმნება ზეგამტარობა. თუმცა, მას აქვს ელექტრული თვისებების ნაკლოვანება, რაც არის მისი ნულოვანი ენერგიის დიაპაზონი. ენერგიის ზოლი [4] დაკავშირებულია ნახევარგამტარის არსებობასთან. თუ ეს ენერგეტიკული დიაპაზონი შესაბამისია, ის კარგი ნახევარგამტარია. ვინაიდან გრაფენს აქვს ნულოვანი ენერგიის ზოლი, ის არ არის ნახევარგამტარი, არამედ მეტალის თვისება, ამიტომ ელექტრონული მოწყობილობების დამზადება ჯერ კიდევ რთულია. მეცნიერები ამ ნულოვანი ენერგიის ზოლებით გამოწვეულ პრობლემებს გადალახავენ.

3. სიმკვრივე და დიდი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი გრაფენი ძალიან მკვრივი მასალაა. იმის გამო, რომ მისი ბმები ძალიან მოკლეა, ატომებს შორის მანძილი ძალიან ახლოს არის, მხოლოდ 0,142 ნმ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მცირე მოლეკულები და ატომებიც კი, როგორიცაა წყალბადი და ჰელიუმი, ვერ გაივლიან მასში. ეს არის ძალიან კარგი ბარიერული მასალა 2630 მ^2/გ სპეციფიური ზედაპირით, რაც იმას ნიშნავს, რომ მისი ფართობი ძალიან დიდია. მოდით შევხედოთ შუა სურათს, რომელიც არის ქაფის მსგავსი სტრუქტურა, რომელიც დამზადებულია გრაფენისგან. მას შეუძლია თავის დგომა, მაგრამ ძალიან მსუბუქია. ჩვენ დავაყენეთ იგი კუდის ბალახზე და ძაღლის კუდის ბალახს არ აქვს რაიმე სტრუქტურული ცვლილება. ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს გრაფენები ფილტრაციის მასალის დასამზადებლად. მათზე კონტროლირებადი ზომის რამდენიმე პატარა ხვრელის გახსნით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ სხვადასხვა აირები ან სითხეები. მაგალითად, ზღვის წყალში მარილის გამოყოფა და ჰაერში ჟანგბადისა და აზოტის გამოყოფა.

4. სინათლისა და სითბოს თვისებები სინათლის თვისებები გრაფენში, რადგან ნახშირბადის მხოლოდ ერთი წყაროა, ნახშირბადის ატომების მხოლოდ ერთი ფენა, მისი გამტარიანობა შეიძლება მიაღწიოს 97,7%-ს, რაც ნიშნავს, რომ ნახშირბადის ატომების ერთ ფენას შეუძლია შთანთქას სინათლის 2,3%. . ეს დიდია თუ პატარა? სინამდვილეში, ეს არის ძალიან ძლიერი სინათლის შთანთქმა. გრაფენის დაახლოებით 50 ფენით შუქის მთლიანად შთანთქმა შეგვიძლია. ეს რთულია სხვა მასალებისთვის. მაგრამ გრაფენს შეუძლია, ჩვენ გვჭირდება მხოლოდ ერთი ფენა, რაც მას ძალიან სასარგებლოს ხდის. გრაფენს აქვს ძალიან კარგი თბოგამტარობა. ამჟამად თბოგამტარობის ორი ძირითადი გზა არსებობს. ერთს უწოდებენ ელექტრონულ თბოგამტარობას, ანუ თუ მასალა ძალიან გამტარია, მისი თბოგამტარობა ხშირად ასევე ძალიან კარგია, მაგალითად, სპილენძი და ალუმინი. მაგრამ არის კიდევ ერთი მასალა, რომელიც არ ეყრდნობა ელექტროგამტარობას თბოგამტარობისთვის. იგი ეყრდნობა ფონონებს, ანუ ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარეს. გრაფენში ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარემ შეიძლება მიაღწიოს 22 კმ/წმ-ს, ამიტომ მას აქვს ძალიან კარგი თბოგამტარობა.