Sterke koolstof-koolstofbindingen :Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster. De koolstof-koolstofbindingen in grafeen zijn covalent, wat betekent dat er sprake is van het delen van elektronen tussen koolstofatomen. Deze covalente binding geeft grafeen zijn opmerkelijke sterkte en stijfheid. De koolstof-koolstofbindingslengte in grafeen is ongeveer 0,142 nanometer, wat korter is dan de typische koolstof-koolstofbindingslengte van 0,154 nanometer. Deze kortere bindingslengte resulteert in sterkere bindingen tussen koolstofatomen en een grotere algehele sterkte.

Tweedimensionale structuur :De tweedimensionale aard van grafeen draagt ​​bij aan de sterkte ervan. In tegenstelling tot driedimensionale materialen, waar krachten in meerdere richtingen kunnen worden verdeeld, zijn de krachten van grafeen geconcentreerd binnen het tweedimensionale vlak. Deze vlakke structuur zorgt ervoor dat grafeen aanzienlijke mechanische spanning kan weerstaan ​​zonder te breken.

Hoge elasticiteitsmodulus :De elastische modulus van een materiaal vertegenwoordigt de weerstand tegen vervorming onder uitgeoefende spanning. Grafeen heeft een van de hoogste elastische moduli van alle bekende materialen. Er is gemeten dat het ongeveer 1 terapascal (TPa) is, wat betekent dat het een kracht van 1 biljoen pascal kan weerstaan ​​zonder permanente vervorming te ondergaan. Deze uitzonderlijke stijfheid maakt grafeen zeer goed bestand tegen uitrekken en buigen.

Afwezigheid van defecten :Defecten, zoals vacatures, onzuiverheden en korrelgrenzen, kunnen materialen verzwakken door hun reguliere atomaire structuur te verstoren. Grafeen kan echter worden geproduceerd met een opmerkelijk lage defectdichtheid. Door de afwezigheid van defecten kan grafeen zijn intrinsieke sterkte behouden en scheurvoortplanting voorkomen, waardoor de mechanische robuustheid verder wordt verbeterd.

Samenvattend komt de kracht van grafeen voort uit de sterke covalente koolstof-koolstofbindingen, de tweedimensionale structuur, de hoge elasticiteitsmodulus en de lage defectdichtheid. Deze factoren zorgen er samen voor dat grafeen een van de sterkste materialen is die bekend zijn, met potentiële toepassingen op verschillende gebieden, waaronder elektronica, composieten, nanotechnologie en lucht- en ruimtevaarttechniek.