比发丝细,却比钢还硬,这种材料太神奇了!

范德华力一般指分子间作用力,即存在于中性分子或原子之间的一种弱碱性的电性吸引力,它比化学键弱得多。

这也是为什么石墨能用来写字,其实石墨在纸上摩擦着色的过程,就是石墨层从石墨上剥离的过程。

石墨层状结构

这些剥离的层状物质也有自己的名字,叫做石墨烯,它也是碳的同素异形体。

换句话说,石墨烯就是单层的石墨。

从厚度上来看,单层石墨烯只有一根发丝直径的二十万分之一。

看到这里你可能会想,既然石墨烯是从石墨中剥离得来的,那应该也和石墨一样柔软吧?

完全相反,明明是从质地柔软的石墨中剥离出来的,但石墨烯的强度却比钢还要硬200倍!

哥伦比亚大学的物理学家们曾对石墨烯强度做过一次全面测试,他们将厚度只有10-20微米的石墨烯微粒放置于晶体薄板上,然后通过探针给石墨烯样品施加压力。

随后物理学家们惊奇地发现,在每100纳米距离上的小微粒,需要在施加了2.9微牛的压力后才开始破裂。

根据这一结果,物理学家们测算出,如果要让长度达到1米的石墨烯单层薄板断裂,那么需要施加55牛的压力。

相当于仅一层保鲜膜那么厚的石墨烯,就需要一头大象平衡地站在铅笔上才能刺破。

大象站在铅笔上才能刺破石墨烯薄板

石墨烯竟如此“刚强”!

不过,我们这里提到的强度,是指断裂强度,和金刚石的“坚硬”不同。

石墨烯之所以强度高,是因为它是呈二维状的平面薄膜材料,相较于其它三维材料(例如金刚石这种块状物体),石墨烯是由高度稳定的C-C键连接而成。

石墨烯二维六角网格状结构

这种二维六角网格状结构,不仅键强度极高,同时弹性和延展性也十分出色,石墨烯的延展幅度能达到自身的20%。

这便是石墨烯断裂强度极高的原因。

基于石墨烯这一特性,如果把它用在航空航天、汽车行业上,那么在保证材料强度的同时,重量也会轻很多,无论是安全性还是节能性上都能得到极大的提升。

参考文献

[1] 史蒂夫·米尔斯基.大象如何站在铅笔上[M].北京:外语教学与研究出版社.2014:68-70.

素材使用

封面图、插图来源:Pexels返回搜狐,查看更多

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