速度与激情 石墨烯贴膜令车身更坚固?

作者:张轩中来源:蝌蚪五线谱发布时间:2013-08-02

在科幻电影《速度与激情6》中,影片中的赛车不断与桥墩相撞,但相互高速碰撞后,汽车的车身也不会变形。这说明什么呢?这说明影片中的赛车全是改装车,坚固的车身上很可能被加覆了一种力学性能特别好的材料,那么这可能是什么材料呢?敬请期待探索解密。

  在科幻电影《速度与激情6》中,影片中的赛车不断与桥墩相撞,但相互高速碰撞后,汽车的车身也不会变形。这说明什么呢?这说明影片中的赛车全是改装车,坚固的车身上很可能被加覆了一种力学性能特别好的材料,那么这可能是什么材料呢?理论上可以用石墨烯给汽车贴膜来实现这种性能。

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什么东西比钢铁还硬100倍?

  答案是石墨烯,这个东西在股票市场也是一个最新的新潮流概念,所以能引起大小庄家的不段炒作,不少散户也对此进行了跟风研究。为什么可以炒作这个概念?这是因为石墨烯材料有许多良好的性质,比如电阻很小,透光性好——可以覆盖在手机或者平板电脑的触摸屏上。而且这个新材料的强度是最优质的钢铁的强度的100倍。正因为有如此的高强度,所以有科学家建议做一个太空绳梯,将月球与地球用这种碳材料连接起来。在刘慈欣的科幻小说《三体》中,也有用纳米丝切割轮船的描述,这种纳米材料应该也有类似于本文提到的石墨烯那样具有高强度的结构——它叫作碳纳米管,是石墨烯的堂兄。

石墨烯的平面晶体结构,每个基本单元是六边形

石墨烯的平面晶体结构,每个基本单元是六边形

  那么,这个高强度是怎么产生的呢?我们知道,金属是由原子组成的,原子与原子之间存在相互吸引的力,这个力由金属键产生。而石墨烯是由非金属原子——也就是碳原子组成的。最早是在2004年,英国的诺沃肖罗夫教授和盖姆教授就首次分离出石墨烯。他们利用胶带剥离石墨上的薄层,之后将其放在硅片上并借助原子力显微镜进行观察并进行确认。

原子力显微镜

原子力显微镜

  一片石墨烯能够承受相当于一头大象的重量。计算结果显示,如果一头大象站在铅笔的末端才能凭借体重刺破石墨烯薄膜——石墨烯是由碳原子间的通过共价键联系起来的二维薄膜,它的键能够达到每摩尔357千焦,厚度为0.35纳米,因此其强度能达到钢的100倍。

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  每摩尔357千焦的意思是说,想要打破一摩尔的石墨烯膜片,需要357千焦的能量。我们知道,一个成年人的质量大约是50千克,在地球上的重力是500牛顿,如果将这个成年人提高1米,所需要的能量是500焦尔。因此357千焦的能量可以把这个人提高到357000/500=714米。实际上,这个高度已经接近世界第一高楼——828米高的迪拜塔了。

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