【新華網】南開大學成功研製石墨烯材料 可由「光壓」驅動飛行

2021-02-25 航空工業



掃描電鏡下的石墨烯，顯示出其碳原子組成的六邊形結構

南開大學化學學院陳永勝教授和物理學院田建國教授領導的科研團隊經過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光在內的各種光源照射下驅動飛行，其獲得的驅動力是傳統光壓的1000倍以上，「光動」飛行或將成為可能。

在以往的大量研究中，科學家試圖利用「光壓」獲得動力。「光壓」是射在物體上的光所產生的壓強。然而，來自光壓的驅動力微乎其微，遠不能滿足航空和航天的負載要求。陳永勝教授等專家研製出的這種石墨烯材料，可以在包括太陽光在內的各種光源照射下有效驅動飛行。

記者在位於南開大學的功能高分子材料教育部重點實驗室看到，研究人員將一個重為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」下，「海綿」瞬間發生了水平或豎直方向的位移，最大移動距離可達40釐米。

陳永勝說，這一性質是由於石墨烯本身的電子性質以及這一材料特殊的宏觀形貌結構綜合形成的。宏觀上這一材料可以看做是由無數個相互電子獨立的石墨烯片構成通過化學交聯構成，因此總體來說，無數個石墨烯發射電子產生的微小動力的和就可觀測到光碟機動性能，這完全不同於傳統的化學火箭。

研究人員介紹，實驗所用光源都較弱，如普通雷射、氙燈等，室外實驗發現太陽光同樣可以驅動這種石墨烯材料移動，也就是說對驅動光源的並無特殊要求，因此可以廣泛應用。

「這是我們了解到的，迄今為止科學界第一次用光推動一個宏觀物體並實現宏觀的驅動。」陳永勝教授說，通過定量測量，這種石墨烯材料在光照條件下產生的力是傳統光壓的千倍以上。「通過計算，500公斤的負載，如果利用基於這種石墨烯材料製備的驅動帆板，理論上獲得的驅動力至少能使其達到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，而動力源問題一直羈絆著人類無法走得更遠。目前幾乎所有的航空、航天飛行均採用化學驅動，即通過噴射燃燒的化學物質來獲得驅動力，光直接驅動飛行是科學界和航空界多年的夢想。

——文章來源：新華網

圖片來源：Lawrence Berkley National Laboratory

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