【科普知識】石墨烯究竟是如何發(fā)熱的?
2004年,英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,他們意外發(fā)現(xiàn)能用高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,于是薄片越來越薄。最后,他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片,這就是石墨烯。
這項突破性的發(fā)現(xiàn)讓他們贏得了2010年諾貝爾物理學獎,可謂是“撕出來的諾貝爾獎”,是當之無愧的高科技。

石墨烯發(fā)熱的原理
石墨烯發(fā)熱的原理主要歸功于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)。
石墨烯是由單層碳原子緊密排列構(gòu)成的,形成了六角形的晶格結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)中,碳原子間的相互作用力使石墨烯具有了優(yōu)異的力學性能和導電性能。
當石墨烯發(fā)熱膜通電后,大量自由電子會受到電能的激發(fā),電子在碳原子之間迅速移動,與原子核產(chǎn)生摩擦,產(chǎn)生不規(guī)則的運動(布朗運動),使電子能量增加。這部分增加的能量以熱量的形式散發(fā)出來,從而使石墨烯發(fā)熱。
此外,石墨烯的導熱性能也非常出色,可以迅速地將熱量傳遞到周圍環(huán)境,從而實現(xiàn)均勻發(fā)熱。

石墨烯在發(fā)熱的同時,還能釋放遠紅外輻射。
這是因為石墨烯中的碳原子在電流作用下發(fā)生振動,振動產(chǎn)生的能量以遠紅外輻射的形式釋放出來,釋放的是一種8~14微米的生命光線,與人體接觸后,會被人體吸收并轉(zhuǎn)化,并且這種光線跟太陽光線類似,對人體沒有傷害。
這種遠紅外輻射具有對人體有益的生物學效應,如促進血液循環(huán)、緩解肌肉疲勞等。

總之,石墨烯發(fā)熱膜是所有發(fā)熱膜里面,沒有摻雜其他物質(zhì)的純碳原子的柔性膜,它是通過化學氣相沉積生長出來的單層碳原子,其特征是安全,電-熱轉(zhuǎn)換效率是所有電加熱元件中相對較高的,在能量轉(zhuǎn)換過程中幾乎沒有任何其他形式的能量損失。
隨著石墨烯技術(shù)的不斷發(fā)展和應用,這種高科技材料將為我們的生活帶來更多便利和驚喜。
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