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至南开大学研制出“光驱动”石墨烯材料

发布时间:2021-09-17

南开大学研制出“光驱动”石墨烯材料

从南开大济南试金教您压力机故障解决办法学得悉,该校化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授的联合科研团队通过3年的研究,取得了1种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太阳光在内的各种光源照耀下驱动飞行,其取得的驱动力是传统光压的千倍以上。这是迄今为止科学界第1次用光推动1个宏观物体并实现宏观的驱动。

目前,几近所有的航空、航天飞行均采取化学驱动,即通过喷射燃烧的化学物资来取得驱动力,光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想。在以往的大量研究中,科学家试图利用“光压”提供动力。“光压”是射在物体上的光所产生的压强。光子同时具有质量与速度,具有动量的大量光子照耀在物体上产生的光压会使物体移动。但是,来自光压的驱动力微不足道,远不能满足航空和航天的负载要求。南开大学的研究成果令“光动”飞行成为可能。

陈永胜教授团队研制出的这类石墨烯材料,在其宏观材料特殊形貌结构和石墨烯本身特殊电子结构的共同作用下,可以在包括太阳光在内的各种光源照耀下有效驱动飞行。在实验中,研究人员将1个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状3维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下,“海绵”瞬间产生了水平或竖直方向的位移,最大移动距离可达40厘米。研究人员介绍,实验所用光源都很普通,如激光、氙灯等。室外实验中,太阳光一样可以驱动这类石墨烯材料移动。实验发现,光源的波长与石可以减轻重量10%墨烯材料产生的驱动力成反比。即波长越短,材料产生的驱动力越大。陈永胜教授说,通过定量丈量,这类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,500千克的负载,如果利用基于这类石墨烯材料制备的驱动帆板,理论上取得的驱动力最少能使其到达0.09米每秒的加速度。除视察到这类光直接驱动飞行外,研究团队经过大量的实验,提出了1种新的驱动机理,即这类材料在光作用下,通过发射大量的电子取得了相应的驱动力,即这类特殊的驱动是通过电子喷射取得的,完全不同于传统的化学火箭。

目前陈永胜教授团队正在对这类这类机理的进行进1步的研究和验证。因此本材料还可以作为1种方便的电子发射源。该工作同时认为,其它具有εt=[L-L0*100]/L0类似目前Dirac能带的结构的材料,通过适合的组装也可能取得类似的性质和性能。最新1期英国著名科普杂志《New Scientists》为该成果撰写的文章指出,该成果“再为石墨烯这类良好材料增加了1种惊人的性能。”“石墨烯海绵可以替换太阳能帆板,用以制造光动力推动系统的航天器。”