南開大學研制出“光驅(qū)動”石墨烯材料。

　　從南開大學獲悉，該?；瘜W學院陳永勝教授和物理學院田建國教授的聯(lián)合科研團隊通過3年的研究，獲得了一種特殊的石墨烯材料。該材料可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動飛行，其獲得的驅(qū)動力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。這是迄今為止科學界第一次用光推動一個宏觀物體并實現(xiàn)宏觀的驅(qū)動。
　　目前，幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學驅(qū)動，即通過噴射燃燒的化學物質(zhì)來獲得驅(qū)動力，光直接驅(qū)動飛行是科學界和航空界多年的夢想。在以往的大量研究中，科學家試圖利用“光壓”提供動力。“光壓”是射在物體上的光所產(chǎn)生的壓強。光子同時具有質(zhì)量與速度，具有動量的大量光子照射在物體上產(chǎn)生的光壓會使物體移動。然而，來自光壓的驅(qū)動力微乎其微，遠不能滿足航空和航天的負載要求。南開大學的研究成果令“光動”飛行成為可能。
　　陳永勝教授團隊研制出的這種石墨烯材料，在其宏觀材料特殊形貌結(jié)構(gòu)和石墨烯自身特殊電子結(jié)構(gòu)的共同作用下，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動飛行。
　　在實驗中，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(fā)生了水平或豎直方向的位移，最大移動距離可達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，太陽光同樣可以驅(qū)動這種石墨烯材料移動。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，通過定量測量，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。通過計算，500公斤的負載，如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動帆板，理論上獲得的驅(qū)動力至少能使其達到0.09米每秒的加速度。
　　除了觀察到這種光直接驅(qū)動飛行外，研究團隊經(jīng)過大量的實驗，提出了一種新的驅(qū)動機理，即這種材料在光作用下，通過發(fā)射大量的電子獲得了相應的驅(qū)動力，即這種特殊的驅(qū)動是通過電子噴射獲得的，完全不同于傳統(tǒng)的化學火箭。目前陳永勝教授團隊正在對這種這種機理的進行進一步的研究和驗證。因此本材料還可以作為一種方便的電子發(fā)射源。該工作同時認為，其它具有類似Dirac能帶的結(jié)構(gòu)的材料，通過合適的組裝也可能獲得類似的性質(zhì)和性能。
　　最新一期英國著名科普雜志《New Scientists》為該成果撰寫的文章指出，該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能?！薄笆┖＞d可以替代太陽能帆板，用以制造光動力推進系統(tǒng)的航天器?！?/FONT>