I.C.E一件衣服就能做到四季如春

冬日寒风中的温暖石墨烯智能服装虽然立冬才刚过但这并不妨碍南京早晚寒潮的来袭早上出门穿着厚实的毛衣勉强才能抵挡...

一件衣服就能做到

四季如春
虽然立冬才刚过

但这并不妨碍南京早晚寒潮的来袭

早上出门穿着厚实的毛衣

勉强才能抵挡清晨的寒气

然而到了中午艳阳高照

这厚实的毛衣又成了一种累赘

有没有能随着外界温度不断调节体温的衣服
有!!!

2015年底Aika爱家研发出一款有加热功能的披肩

自此之后像这样的智能服饰不断更新换代

并开始与手机APP相关联。
薄薄的一件衣服

却能依照手机指令升温散热

多亏了石墨烯的大力支持
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
物理性质
力学特性石墨烯是目前已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔,因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。
电子
效应
石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V-s),这一数值超过了硅材料的10倍,是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V-s)。与很多材料不一样,石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小,50~500K之间的任何温度下,单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(V-s)左右

另外,石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到,而Novoselov等在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。? 石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应,在碰到杂质时不会产生背散射,这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量,他们的速度是和动能没有关系的常数。
热性能
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是目前为止导热系数最高的碳材料,高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时,它的导热系数也可达600W/mK。
光学特性
石墨烯具有非常良好的光学特性,在较宽波长范围内吸收率约为2.3%,看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性,且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯具有不寻常的低能电子结构。电子和空穴的锥形带在狄拉克点相遇的结果。在室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压,石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场,石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。

线性光学性质:单层石墨烯的吸光率很高,对从可见光到太赫兹宽波段每层吸收2.3%光。

非线性光学性质:当入射光的强度超过某一临界值时,石墨烯对其的吸收会达到饱和。这些特性可以使得石墨烯可以用来做被动锁模激光器。

溶解性:在非极性溶剂中表现出良好的溶解性 。

其他性质:可以吸附和脱附各种原子和分子具有超疏水性和超亲油性。
化学性质
石墨烯的化学性质与石墨类似,石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度,而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。但当吸附其他物质时,如H+和OH-时,会产生一些衍生物,石墨烯的导电性变差,但这并不是产生了新的化合物。可以利用石墨来推测石墨烯的性质。例如石墨烷的生成就是在二维石墨烯的基础上,每个碳原子多加上一个氢原子,从而使石墨烯中sp2碳原子变成sp3杂化。

氧化性:可与活泼金属反应,或是在空气中被氧化。

还原性:可被氧化性酸氧化,通过该方法可以将石墨烯裁成小碎片。

加成反应:利用石墨烯上的双键,可以通过加成反应,加入需要的基团。

稳定性:石墨烯的结构非常稳定,碳碳键(carbon-carbon bond)仅为1.42。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外,石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。

芳香性:石墨烯具有芳香性,具有芳烃的性质。
在服装纺织业中生物质石墨烯受到了重用


生物质石墨烯是石墨烯大家族中的一员,它是以圣泉集团特有的植物多空活性纤维素为原料,采用基团配位组装(GCA)法,在热催化条件下经过高温碳化等高效精密的加工步骤制成。生物质石墨烯在具有一般石墨烯的特性,如:良好热传导性、导电性之外,还具有自己的性能,如:低温远红外功能和超强抗菌抑菌性能。

2 0 1 4年,圣泉集团联合黑龙江大学成功利用基团配位组装法研制出生物质石墨烯工艺。在实现技术突破之后,他们不仅从植物秸秆玉米芯中创造性地制备了生物质石墨烯和玉米芯纤维,同时还将二者复合生产出内暖纤维并实现了工业化生产。
可是石墨烯又怎么会发热呢?
完美石墨烯是ballistic导体,通电不发热。然而带状石墨烯通电会发热。通电发热自然是焦耳热。电阻来自袋装石墨烯的椅式边缘。

把石墨烯嵌入到纤维结构,捻线织成的布可支持 3.7V 安全电压,并可根据情况通过 APP 控制升温速度及温度。

生物质自身的金属离子、非金属离子经过高温炭化作用附着在生物质石墨烯的纳米片层上,经过进一步的后处理形成石墨烯与金属氧化物、氮化物、碳化物、硅化物等的复杂架构,这种复杂的结构形成了等离子体共振现象,大大增强了石墨烯的远红外功能。
编辑|邱严
校验|刁泽久
审核|金芯茹


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