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新材料可靠光驅(qū)動(dòng)飛行 系首次用光推動(dòng)物體

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1257次  |  2018年08月16日  

南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國(guó)教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)3年的研究,獲得了一種特殊的石墨烯材料,這種材料可在包括太陽(yáng)光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動(dòng)飛行,其獲得的驅(qū)動(dòng)力是傳統(tǒng)光壓的1000倍以上,“光動(dòng)”飛行或?qū)⒊蔀榭赡堋T谝酝拇罅垦芯恐校茖W(xué)家試圖利用“光壓”獲得動(dòng)力。“光壓”是射在物體上的光所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。然而,來(lái)自光壓的驅(qū)動(dòng)力微乎其微,遠(yuǎn)不能滿足特種和航天的負(fù)載要求。陳永勝教授等專家研制出的這種石墨烯材料,可以在包括太陽(yáng)光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動(dòng)飛行。

記者在位于南開(kāi)大學(xué)的功能高分子材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室看到,研究人員將一個(gè)重為4毫克的形似“海綿”的圓餅狀三維石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推動(dòng)”下,“海綿”瞬間發(fā)生了水平或豎直方向的位移,最大移動(dòng)距離可達(dá)40厘米。

陳永勝說(shuō),這一性質(zhì)是由于石墨烯本身的電子性質(zhì)以及這一材料特殊的宏觀形貌結(jié)構(gòu)綜合形成的。宏觀上這一材料可以看做是由無(wú)數(shù)個(gè)相互電子獨(dú)立的石墨烯片構(gòu)成通過(guò)化學(xué)交聯(lián)構(gòu)成,因此總體來(lái)說(shuō),無(wú)數(shù)個(gè)石墨烯發(fā)射電子產(chǎn)生的微小動(dòng)力的和就可觀測(cè)到光驅(qū)動(dòng)性能,這完全不同于傳統(tǒng)的化學(xué)火箭。

研究人員介紹,實(shí)驗(yàn)所用光源都較弱,如普通激光、氙燈等,室外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光同樣可以驅(qū)動(dòng)這種石墨烯材料移動(dòng),也就是說(shuō)對(duì)驅(qū)動(dòng)光源的并無(wú)特殊要求,因此可以廣泛應(yīng)用。

“這是我們了解到的,迄今為止科學(xué)界第一次用光推動(dòng)一個(gè)宏觀物體并實(shí)現(xiàn)宏觀的驅(qū)動(dòng)。”陳永勝教授說(shuō),通過(guò)定量測(cè)量,這種石墨烯材料在光照條件下產(chǎn)生的力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。“通過(guò)計(jì)算,500公斤的負(fù)載,如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動(dòng)帆板,理論上獲得的驅(qū)動(dòng)力至少能使其達(dá)到0.09米每秒的加速度。”空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具,而動(dòng)力源問(wèn)題一直羈絆著人類無(wú)法走得更遠(yuǎn)。目前幾乎所有的特種、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū)動(dòng),即通過(guò)噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來(lái)獲得驅(qū)動(dòng)力,光直接驅(qū)動(dòng)飛行是科學(xué)界和特種界多年的夢(mèng)想。

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