光動石墨烯

航空難題

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。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，亦是難題。

陳永勝教授團隊研製出的這種石墨烯材料，在其巨觀材料特殊形貌結構和石墨烯自身特殊電子結構的共同作用下，可以在包括太陽光在內的各種光源照射下有效驅動飛行。

在位於南開大學的功能高分子材料教育部重點實驗室里，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厘米。

研究人員介紹，實驗所用光源都較弱，如普通雷射、氙燈等。實驗發現，光源的波長與石墨烯材料產生的驅動力成反比。即波長越短，材料產生的驅動力越大。通過室外實驗，研究人員發現太陽光同樣可以驅動這種石墨烯材料移動。

“這是我們了解到的，迄今為止科學界第一次用光推動一個巨觀物體並實現巨觀的驅動。”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。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。

除了觀察到這種光直接驅動飛行外，研究團隊經過大量的實驗，提出了一種新的驅動機理，即這種材料在光作用下，通過發射大量的電子獲得了相應的驅動力，即這種特殊的驅動是通過電子噴射獲得的，完全不同於傳統的化學火箭。

陳永勝教授團隊正在對這種機理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射源。

介紹該成果的論文線上發表於國際著名學術刊物《自然-光學》上。英國著名科普雜誌《新科學家》為該成果撰評述。