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你知道石墨烯發熱服嗎?
來源: 科普中國
發布時間: 2019-02-18 10:24:47
編輯: 嬌涯麗

  在2018年平昌冬奧會閉幕式上,“北京8分鐘”驚艷亮相,現場氣溫為-3℃,為了做好72名演員的防寒保暖工作,主創團隊采用石墨烯智能發熱服,來確保他們在穿著輕薄的演出服裝時不會被凍傷,還可以保證動作舒展;并且在市場上還有石墨烯發熱馬甲、石墨烯護腰、石墨烯取暖氣等等,你知道石墨烯發熱服的主要成分是什么嗎?

  石墨烯發熱服是以石墨烯為材料的保暖衣。石墨烯幾近透明,只吸收2.3%的光。并且其非常致密,即使最小的氣體分子也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料,如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板等。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”以及“新材料之王”。

  

  石墨烯具有完美的二維晶體結構,它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形,厚度為一個原子層。碳原子之間由σ鍵連接,結合方式為sp2雜化,這些σ鍵使石墨烯具有極其優異的力學性質和結構剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍,甚至超過鉆石。在石墨烯中,每個碳原子都有一個未成鍵的p電子,這些p電子可以在晶體中自由移動,且運動速度高達光速的1/300,使石墨烯具有良好的導電性。

  石墨烯是由一層碳原子構成的薄片,碳原子以sp2雜化形成平面六邊形的單層的納米材料。在自然界中存在著大量的石墨烯,但因為其以層層疊加的石墨的形式存在,所以獲得單層石墨烯非常困難。直至2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·海娒和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯,并因此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

  石墨烯發熱服發熱原理是基于單層石墨烯的特性,首先石墨烯是目前為止導熱系數最高的材料,具有非常好的熱傳導性能。其次,石墨烯在室溫下載流子(導電離子)為15000cm/(v.s),這一數值超出硅材料的十倍,是目前已知載流子遷移率最高的物質銻化銦(InSb)的兩倍以上,與很多材料不一樣,石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小。焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為熱能的定律。內容是:電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻成正比,跟通電的時間成正比。因此,石墨烯發熱服在使用的過程中,通過電池充電之后便會迅速發熱,產生熱量供給人們保暖。

  本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創,轉載時務請注明出處。

  作者:楊紅娟

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