中国研获材料靠光驱动可飞行 系首次用光推动物体

新华网6月19日消息，南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授领导的科研团队经过3年的研究，获得了一种特殊的石墨烯材料，这种材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上，“光动”飞行或将成为可能。

在以往的大量研究中，科学家试图利用“光压”获得动力。“光压”是射在物体上的光所产生的压强。然而，来自光压的驱动力微乎其微，远不能满足航空和航天的负载要求。陈永胜教授等专家研制出的这种石墨烯材料，可以在包括太阳光在内的各种光源照射下有效驱动飞行。

记者在位于南开大学的功能高分子材料教育部重点实验室看到，研究人员将一个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下，“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移，最大移动距离可达40厘米。

陈永胜说，这一性质是由于石墨烯本身的电子性质以及这一材料特殊的宏观形貌结构综合形成的。宏观上这一材料可以看做是由无数个相互电子独立的石墨烯片构成通过化学交联构成，因此总体来说，无数个石墨烯发射电子产生的微小动力的和就可观测到光驱动性能，这完全不同于传统的化学火箭。

研究人员介绍，实验所用光源都较弱，如普通激光、氙灯等，室外实验发现太阳光同样可以驱动这种石墨烯材料移动，也就是说对驱动光源的并无特殊要求，因此可以广泛应用。

“这是我们了解到的，迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈永胜教授说，通过定量测量，这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。“通过计算，500公斤的负载，如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板，理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09米每秒的加速度。”

空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想。

又是石墨烯！中国研获新材料，用“光”驱动飞行，星际穿越更近一步?

来源：政商内参zsnc-ok
空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊着人类无法走得更远。目前几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力，光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想。最近，中国科学家在光驱动方面取得突破性进展。

中国科学家取得巨大突破
据新华社报道证实，南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授领导的科研团队经过3年的研究，获得了一种特殊的石墨烯材料，这种材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上，“光动”飞行或将成为可能。

在以往的大量研究中，科学家试图利用“光压”获得动力。“光压”是射在物体上的光所产生的压强。然而，来自光压的驱动力微乎其微，远不能满足航空和航天的负载要求。陈永胜教授等专家研制出的这种石墨烯材料，可以在包括太阳光在内的各种光源照射下有效驱动飞行。

新华社记者在位于南开大学的功能高分子材料教育部重点实验室看到，研究人员将一个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下，“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移，最大移动距离可达40厘米。

陈永胜说，这一性质是由于石墨烯本身的电子性质以及这一材料特殊的宏观形貌结构综合形成的。总体来说，无数个石墨烯发射电子产生的微小动力的和就可观测到光驱动性能，这完全不同于传统的化学火箭。“这是我们了解到的，迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈说，通过定量测量，这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。“通过计算，500公斤的负载，如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板，理论上获得的驱动力至少能使其达到0．09米每秒的加速度。”

又是石墨烯!
政商内参（zsnc-ok）君长期关注中国所取得的前沿科技进展，这次试验取得成功的关键是石墨烯材料，石墨烯是科学家们研究铅笔和胶带时的意外产物。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。

石墨烯还有特点是最薄又异常结实，也就是说，在太空中，用石墨烯制成巨大的光帆，可以驱动飞船在真空中无需动力而持续飞行。

四百年前假想有望成真？外太空旅行无需燃料
利用光压实现太空旅行的设想400年前就已由天文学家开普勒提出。当时开普勒设想不要携带任何能源，仅仅依靠光能就可使宇宙飞船驰骋太空。但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为今天建造太阳帆的基础。

但太阳帆船的设想有一大瓶颈，就是“超薄金属帆”的制造材料，为了最大限度地从光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。单个光子所产生的推力极其微小，在地球到太阳的距离上，光在一平方米帆面上产生的推力只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。一个面积为530.93平方米的太阳帆，从光压获得的推力仅为255克。但如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。

但几万甚至几百万平方米大的太阳帆怎么送到太空中去呢，以前科学界没找到接近实用的材料，目前看，则是石墨烯最适合，因为石墨烯一克延展后理论上可以获得上千平方米的太阳帆。这也是为什么在商业社会中，人们寄望于用石墨烯做太阳能电池板。

当然，将石墨烯应用于太空旅行的设想不止是因为它的轻薄，而是科学家还发现它有一种将光能转化为动能的特性，南开大学发明的这种“石墨烯海绵”是一种软湿材料，将折皱的石墨烯氧化物融化后制备而成。当用激光切割石墨烯海绵时，他们注意到光可以向前驱动材料。石墨烯的这种移动是如何发生的呢?其中一种解释是，物体就像一个太阳帆。光子可以将动量转移到物体上，并推动物体向前移动。在真空环境里，这种微小的作用足够用来制备推力航天器。

离现实应用尚有距离，但可推热石墨烯概念股
这次南开大学的试验驱动物质仅4毫克，且需要多次重复试验以证明其可靠性（现在网上质疑者不少），因此离商业价值还有一段距离。

这是一项新技术革命

希望我国基础研究越来越多