หน้ากากกราฟีนสามารถป้องกันหมอกควันได้หรือไม่

1. คุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกลของกราฟีนมีความแข็งแรงมากและความต้านทานแรงดึงเชิงกลสูงถึง 130GPa ซึ่งเทียบเท่ากับเหล็ก 100 เท่า คำนวณตามทฤษฎีแล้ว หากความหนาของการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพของกราฟีนสามารถเข้าถึงหนึ่งมิลลิเมตร ก็สามารถรองรับน้ำหนักของช้างได้ คุณสมบัติทางกลที่แข็งแกร่งของมันมาจากไหน? ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วในเบื้องต้นว่าโครงสร้างจะกำหนดคุณสมบัติ มันเป็นโครงสร้างสองมิติและสายโซ่ระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนนั้นแข็งแกร่งมาก แต่ละคาร์บอนมีเพื่อนบ้านสามราย พันธะคาร์บอนที่เกิดจากเพื่อนบ้านทั้งสามนี้สั้นมากและแข็งแรงมาก ซึ่งรองรับคุณสมบัติเชิงกลสูงของกราฟีน

2. คุณสมบัติทางไฟฟ้า คุณสมบัติทางไฟฟ้าของมันน่ากล่าวถึง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสามารถสูงถึง 200,000cm^2/Vs ซึ่งมากกว่าซิลิคอนหนึ่งร้อยเท่า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนคืออะไร? หมายความว่าอิเล็กตรอนสามารถวิ่งในวัสดุนี้ได้เร็วแค่ไหน ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุถูกกำหนดโดยสองสิ่ง หนึ่งคือความเร็วของอิเล็กตรอนที่วิ่งอยู่ในนั้น และอย่างที่สองคือจำนวนอิเล็กตรอนที่วิ่งอยู่ในนั้น คุณสามารถจินตนาการถึงทางหลวงได้ ทางหลวงสายนี้จำกัดความเร็วไว้ที่เท่าไร? รถวิ่งได้เร็วแค่ไหน? จำนวนรถยนต์ที่วิ่งอยู่บนทางหลวงสายนี้จะเป็นตัวกำหนดความจุของทางหลวงสายนี้ ดังนั้นในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เรามักหวังว่าจะมีความจุสูง เพื่อให้สามารถเร่งความเร็วในการประมวลผลของอุปกรณ์ได้ ประการที่สอง ความทนทานต่อความหนาแน่นกระแสมีขนาดใหญ่มาก เช่น เรามีลวดที่ใช้กันทั่วไป เช่น ลวดโลหะ ลวดทองแดง เราผ่านกระแส ถ้าแรงดันเพิ่มขึ้นและกระแสเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง กระแสไฟฟ้าจะไหม้ลวดทองแดง แต่ความสามารถของกราฟีนในการต้านทานการเผาไหม้นั้นสูงมาก โดยสามารถมีมากกว่าทองแดงถึง 1 ล้านเท่า!หากเราใช้กราฟีนเป็นตัวนำ น้ำหนักของตัวนำจะลดลงอย่างมาก การค้นพบล่าสุดแสดงให้เห็นว่าหากกราฟีนสองชั้นถูกหมุนเป็นมุม จะเกิดความเป็นตัวนำยิ่งยวดขึ้น อย่างไรก็ตาม มีข้อบกพร่องในด้านคุณสมบัติทางไฟฟ้า ซึ่งก็คือช่องว่างแถบพลังงานเป็นศูนย์ แถบพลังงาน [4] เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของเซมิคอนดักเตอร์ หากแถบพลังงานนี้เหมาะสมก็จะเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ดี เนื่องจากกราฟีนมีแถบพลังงานเป็นศูนย์ จึงไม่ใช่เซมิคอนดักเตอร์ แต่เป็นคุณสมบัติของโลหะ ดังนั้นจึงยังคงเป็นเรื่องยากที่จะสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นักวิทยาศาสตร์กำลังเอาชนะปัญหาที่เกิดจากแถบพลังงานเป็นศูนย์เหล่านี้

3. ความหนาแน่นและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ กราฟีนเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นมาก เนื่องจากพันธะของมันสั้นมาก ระยะห่างระหว่างอะตอมจึงอยู่ใกล้มากเพียง 0.142 นาโนเมตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม้แต่โมเลกุลและอะตอมขนาดเล็ก เช่น ไฮโดรเจนและฮีเลียม ก็ไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ เป็นวัสดุกั้นที่ดีมากโดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะ 2,630m^2/g ซึ่งหมายความว่าพื้นที่มีขนาดใหญ่มาก มาดูภาพตรงกลางซึ่งเป็นโครงสร้างคล้ายโฟมที่ทำจากกราฟีน มันสามารถรองรับตัวเองได้ แต่มีน้ำหนักเบามาก เราวางมันไว้บนหญ้าหางสุนัข และหญ้าหางม้าดูเหมือนจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างใดๆ เราสามารถใช้กราฟีนเหล่านี้เพื่อสร้างวัสดุกรองได้ ด้วยการเปิดรูเล็กๆ ขนาดที่ควบคุมได้ เราสามารถแยกก๊าซหรือของเหลวต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น การแยกเกลือในน้ำทะเล และการแยกออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศ

4. คุณสมบัติของแสงและความร้อน คุณสมบัติของแสงในกราฟีนเนื่องจากมีแหล่งกำเนิดคาร์บอนเพียงแหล่งเดียวอะตอมของคาร์บอนเพียงชั้นเดียวจึงสามารถส่งผ่านได้ถึง 97.7% ซึ่งหมายความว่าอะตอมของคาร์บอนหนึ่งชั้นสามารถดูดซับแสงได้ 2.3% . นี่ใหญ่หรือเล็ก? ที่จริงแล้วมันเป็นการดูดกลืนแสงที่แข็งแกร่งมาก เราสามารถดูดซับแสงได้อย่างสมบูรณ์ด้วยกราฟีนประมาณ 50 ชั้น ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุอื่น แต่กราฟีนทำได้ เราต้องการกราฟีนเพียงชั้นเดียวเท่านั้น ซึ่งทำให้มันมีประโยชน์มาก กราฟีนมีค่าการนำความร้อนที่ดีมาก ปัจจุบันการนำความร้อนมีสองวิธีหลัก ค่าการนำความร้อนแบบอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่าการนำความร้อนแบบอิเล็กทรอนิกส์ กล่าวคือ หากวัสดุเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้มาก ค่าการนำความร้อนของวัสดุก็มักจะดีมากเช่นกัน เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียมแต่มีวัสดุอื่นที่ไม่ต้องใช้การนำไฟฟ้าสำหรับการนำความร้อน มันอาศัยหน่วยเสียง นั่นคือ ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นเสียง ในกราฟีน ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นเสียงสามารถสูงถึง 22 กม./วินาที ดังนั้นจึงมีค่าการนำความร้อนที่ดีมาก