Starka kol-kolbindningar :Grafen består av ett enda lager av kolatomer ordnade i ett hexagonalt gitter. Kol-kolbindningarna i grafen är kovalenta, vilket betyder att de involverar delning av elektroner mellan kolatomer. Denna kovalenta bindning ger grafen dess anmärkningsvärda styrka och styvhet. Kol-kolbindningslängden i grafen är ungefär 0,142 nanometer, vilket är kortare än den typiska kol-kolbindningslängden på 0,154 nanometer. Denna kortare bindningslängd resulterar i starkare bindningar mellan kolatomer och ökad total styrka.
Tvådimensionell struktur :Grafenens tvådimensionella karaktär bidrar till dess styrka. Till skillnad från tredimensionella material, där krafter kan fördelas i flera riktningar, är grafens krafter koncentrerade inom dess tvådimensionella plan. Denna plana struktur tillåter grafen att motstå betydande mekanisk påfrestning utan att gå sönder.
Hög elasticitetsmodul :Elasticitetsmodulen för ett material representerar dess motstånd mot deformation under applicerad påkänning. Grafen har en av de högsta elasticitetsmodulerna bland alla kända material. Den har uppmätts till ungefär 1 terapascal (TPa), vilket betyder att den kan motstå en kraft på 1 biljon pascal utan att genomgå permanent deformation. Denna exceptionella styvhet gör grafen mycket motståndskraftig mot sträckning och böjning.
Frånvaro av defekter :Defekter, såsom tomrum, föroreningar och korngränser, kan försvaga material genom att störa deras vanliga atomstruktur. Däremot kan grafen framställas med en anmärkningsvärt låg defektdensitet. Frånvaron av defekter tillåter grafen att behålla sin inneboende styrka och förhindrar sprickutbredning, vilket ytterligare förbättrar dess mekaniska robusthet.
Sammanfattningsvis härrör grafens styrka från dess starka kovalenta kol-kolbindningar, tvådimensionella struktur, höga elasticitetsmodul och låga defektdensitet. Dessa faktorer kombineras för att göra grafen till ett av de starkaste materialen som är kända, med potentiella tillämpningar inom olika områden, inklusive elektronik, kompositer, nanoteknik och flygteknik.
