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石墨烯材料令“光動”飛行成為可能
目前，幾近所有的航空、航天飛行均采取化學(xué)驅(qū)動，即通過噴射燃燒的化學(xué)物資來取得驅(qū)動力，光直接驅(qū)動飛行是科學(xué)界和航空界多年的夢想。在以往的大量研究中，科學(xué)家試圖利用“光壓”提供動力。“光壓”是射在物體上的光所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。光子同時具有質(zhì)量與速度，具有動量的大量光子照耀在物體上產(chǎn)生的光壓會使物體移動。但醫(yī)生有時會安裝1塊金屬板以便在骨骼愈合時支持骨骼是，來自光壓的驅(qū)動力微不足道，遠(yuǎn)不能滿足航空和航天的負(fù)載要求。南開大學(xué)的石墨烯材料研究成果令“光動”飛行成為可能。
陳永勝教授團(tuán)隊研制出的這類石墨烯材料，在其宏觀材料特殊形貌結(jié)構(gòu)和石墨烯本身特殊電子結(jié)構(gòu)的共同作用下，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照耀下有效驅(qū)動最小179.30N飛行。
在實驗中，研究人員將1個重為4毫克的形似“海綿”的圓餅狀3維石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推動”下，“海綿”瞬間產(chǎn)生了水平或豎直方向的位移，移動距離可達(dá)40厘米。
研究人員介紹，實驗所用光源都很普通，如激光、氙燈等。室外實驗中，太陽光一樣可以驅(qū)動這類石墨烯材料移動。實驗發(fā)現(xiàn)，光源的波長與石墨烯材料產(chǎn)生的驅(qū)動力成反比。即波長越短，材料產(chǎn)生的驅(qū)動力越大。
陳永勝教授說，通過定量丈量，這類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。通過計算，500千克的負(fù)載，如果利用基于這類石墨烯材料制備的驅(qū)動帆板，理論上取得的驅(qū)動力最少能使其到達(dá)0.09米每秒的加速度。
除視察到這類光直接驅(qū)動飛行外，研究團(tuán)隊經(jīng)過大量的實驗，提出了1種新的驅(qū)動機(jī)理，即這類材料在光作既是加快推動經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要內(nèi)容用下，通過發(fā)射大量的電子取得了相應(yīng)的驅(qū)動力，即這類特殊的驅(qū)動是通過電子噴射取得的，*不對照傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢:同于傳統(tǒng)的化學(xué)火箭。目前陳永勝教授團(tuán)隊正在對這類這類機(jī)理的進(jìn)行進(jìn)1步的研究和驗證。因此本材料還可以作為1種方便的電子發(fā)射源。該工作同時認(rèn)為，其它具有類似Dirac能帶的結(jié)構(gòu)的材料，通過適合的組裝也可能取得類似的性質(zhì)和性能。
1期英國科普雜志《New Scientists》為該成果撰寫的文章指出，該成果“再為石墨烯這類良好材料增加了1種驚人的性能。”“石墨烯海綿可以替換太陽能帆板，用以制造光動力推動系統(tǒng)的航天器。”
從南開大學(xué)得悉，該?；瘜W(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國教授的聯(lián)合科研團(tuán)隊通過3年的研究，取得了1種特殊的石墨烯材料。該材料可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照耀下驅(qū)動飛行，其取得的驅(qū)動力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。這是迄今為止科學(xué)界第1次用光推動1個宏觀物體并實現(xiàn)宏觀的驅(qū)動。
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SAMPE中國第二十屆國際先進(jìn)復(fù)合材料展覽會
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