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南开大学研制成功“光动”石墨烯材料

www.jyb.cn 2015年06月19日  来源:新华网

  新华网天津6月19日电(记者 张建新)南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授领导的科研团队经过3年的研究,获得了一种特殊的石墨烯材料,这种材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行,其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上,“光动”飞行或将成为可能。

  在以往的大量研究中,科学家试图利用“光压”获得动力。“光压”是射在物体上的光所产生的压强。然而,来自光压的驱动力微乎其微,远不能满足航空和航天的负载要求。陈永胜教授等专家研制出的这种石墨烯材料,可以在包括太阳光在内的各种光源照射下有效驱动飞行。

  记者在位于南开大学的功能高分子材料教育部重点实验室看到,研究人员将一个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下,“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移,最大移动距离可达40厘米。

  陈永胜说,这一性质是由于石墨烯本身的电子性质以及这一材料特殊的宏观形貌结构综合形成的。宏观上这一材料可以看做是由无数个相互电子独立的石墨烯片构成通过化学交联构成,因此总体来说,无数个石墨烯发射电子产生的微小动力的和就可观测到光驱动性能,这完全不同于传统的化学火箭。

  研究人员介绍,实验所用光源都较弱,如普通激光、氙灯等,室外实验发现太阳光同样可以驱动这种石墨烯材料移动,也就是说对驱动光源的并无特殊要求,因此可以广泛应用。

  “这是我们了解到的,迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈永胜教授说,通过定量测量,这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。“通过计算,500公斤的负载,如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板,理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09米每秒的加速度。”

  空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具,而动力源问题一直羁绊着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱动,即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力,光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想。



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{ 编辑:庄元 }

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