釹鐵硼磁懸浮石墨烯 助力光驅(qū)動(dòng)星際航行夢(mèng)想2015-10-30

習(xí)大大參觀英國(guó)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究所。作為目前已知世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料石墨烯，被譽(yù)為下一個(gè)材料領(lǐng)域的“顛覆者”再度聚焦了全世界的眼球。

石墨烯具有優(yōu)良的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，應(yīng)用范圍廣泛和應(yīng)用前景無限。本文我們一起關(guān)注，石墨烯和釹鐵硼磁場(chǎng)與光驅(qū)動(dòng)的科研發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用暢想。

日本：光推動(dòng)的磁懸浮石墨烯

據(jù)多方報(bào)道，“磁懸浮”是利用材料的逆磁性和磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，而當(dāng)前在常溫下具備更強(qiáng)的逆磁性材料就是石墨烯。2012年，日本青山學(xué)院大學(xué)在一項(xiàng)研究中，首次實(shí)現(xiàn)了用激光操縱磁懸浮石墨烯運(yùn)動(dòng)，通過改變石墨烯的溫度，能改變它的懸浮高度，控制運(yùn)動(dòng)方向并讓它旋轉(zhuǎn)，而且演示了陽光也能讓石墨烯旋轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員演示了用激光控制溫度，使一小片磁盤狀的石墨烯懸浮在一塊釹鐵硼永磁鐵的上方。石墨烯的懸空高度會(huì)隨著溫度升高而下降，反之亦然。研究人員解釋說，改變溫度會(huì)改變石墨烯的磁化率，或它被外加磁場(chǎng)磁化的程度。在原子尺度，是激光的光熱效應(yīng)增加了石墨烯中熱激電子的數(shù)量，熱激電子越多，石墨烯的反磁性就越弱，從而懸浮的高度就越低。

青山學(xué)院大學(xué)教授安倍次郎（音譯）介紹，由于該技術(shù)簡(jiǎn)單而且基本，預(yù)計(jì)它能用于日常生活的許多領(lǐng)域，比如運(yùn)輸系統(tǒng)、娛樂活動(dòng)、光照制動(dòng)器以及光能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。該研究最重要的一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，首次無需接觸而推動(dòng)一個(gè)懸浮著的反磁物體。

中國(guó)：光直接推動(dòng)石墨烯運(yùn)動(dòng)

新華網(wǎng)6月19日消息，南開大學(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3年的研究，獲得了一種特殊可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動(dòng)飛行的石墨烯材料。其獲得的驅(qū)動(dòng)力是傳統(tǒng)光壓的1000倍以上，是科學(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)。

真空管中的是重為4毫克的形似“海綿”的圓餅狀三維石墨烯材料，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。

眾所周知，目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū)動(dòng)，即通過噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來獲得驅(qū)動(dòng)力。產(chǎn)業(yè)前沿認(rèn)為，這里的瓶頸是燃料的有限裝載、越多越重、計(jì)時(shí)耗盡。因而，光直接驅(qū)動(dòng)飛行是科學(xué)界和航空界一直追求的夢(mèng)想。

以上所述的研究成果對(duì)研究光驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸工具有重要意義，將試驗(yàn)光驅(qū)動(dòng)的石墨烯運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)輸能力、以及將實(shí)驗(yàn)室的模型放大是當(dāng)前研究過程需要解決的重要問題。