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【科普知识】石墨烯究竟是如何发热的?

2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,他们意外发现能用高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄。最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。

这项突破性的发现让他们赢得了2010年诺贝尔物理学奖,可谓是“撕出来的诺贝尔奖”,是当之无愧的高科技。

 

石墨烯发热的原理

石墨烯发热的原理主要归功于其独特的晶体结构。

石墨烯是由单层碳原子紧密排列构成的,形成了六角形的晶格结构。在这个结构中,碳原子间的相互作用力使石墨烯具有了优异的力学性能和导电性能。

当石墨烯发热膜通电后,大量自由电子会受到电能的激发,电子在碳原子之间迅速移动,与原子核产生摩擦,产生不规则的运动(布朗运动),使电子能量增加。这部分增加的能量以热量的形式散发出来,从而使石墨烯发热。

此外,石墨烯的导热性能也非常出色,可以迅速地将热量传递到周围环境,从而实现均匀发热。

石墨烯在发热的同时,还能释放远红外辐射。

这是因为石墨烯中的碳原子在电流作用下发生振动,振动产生的能量以远红外辐射的形式释放出来,释放的是一种8~14微米的生命光线,与人体接触后,会被人体吸收并转化,并且这种光线跟太阳光线类似,对人体没有伤害。

这种远红外辐射具有对人体有益的生物学效应,如促进血液循环、缓解肌肉疲劳等。

 

总之,石墨烯发热膜是所有发热膜里面,没有掺杂其他物质的纯碳原子的柔性膜,它是通过化学气相沉积生长出来的单层碳原子,其特征是安全,电-热转换效率是所有电加热元件中相对较高的,在能量转换过程中几乎没有任何其他形式的能量损失。

随着石墨烯技术的不断发展和应用,这种高科技材料将为我们的生活带来更多便利和惊喜。