[科普中国]-你知道石墨烯发热服吗？

在2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”惊艳亮相，现场气温为-3℃，为了做好72名演员的防寒保暖工作，主创团队采用石墨烯智能发热服，来确保他们在穿着轻薄的演出服装时不会被冻伤，还可以保证动作舒展；并且在市场上还有石墨烯发热马甲、石墨烯护腰、石墨烯取暖气等等，你知道石墨烯发热服的主要成分是什么吗？

石墨烯发热服是以石墨烯为材料的保暖衣。石墨烯几近透明，只吸收2.3%的光。并且其非常致密，即使最小的气体分子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板等。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”以及“新材料之王”。

石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键使石墨烯具有极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，使石墨烯具有良好的导电性。

石墨烯是由一层碳原子构成的薄片，碳原子以sp2杂化形成平面六边形的单层的纳米材料。在自然界中存在着大量的石墨烯，但因为其以层层叠加的石墨的形式存在，所以获得单层石墨烯非常困难。直至2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·海娒和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯发热服发热原理是基于单层石墨烯的特性，首先石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，具有非常好的热传导性能。其次，石墨烯在室温下载流子（导电离子）为15000cm/(v.s），这一数值超出硅材料的十倍，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，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。焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。因此，石墨烯发热服在使用的过程中，通过电池充电之后便会迅速发热，产生热量供给人们保暖。

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