[Применение новых источников энергии] – Графеновый материал на основе световой энергии, который может использоваться в космических кораблях, не требующих топлива

Thread Content

Тяньцзинь, 19 июня (China Youth Daily·Zhongqing Online. Репортеры: Чжан Го, корреспондент Ву Цзюньхуэй) – Исследовательская группа из Университета Нанькай после трех лет работ выработала особый вид графена, способный обеспечивать движение под действием различных источников света, включая солнечный свет. Сила, обеспечиваемая этим материалом для движения, в тысячу раз превышает силу традиционного светового давления. Эти исследования сделали возможным полет с использованием света. В настоящее время практически все авиационные и космические полеты осуществляются с использованием химического привода, то есть движущая сила получается за счет взрывания химических веществ. Прямое приведение в движение с помощью света является мечтой ученых и специалистов в области авиации уже много лет. Проблема источника энергии всегда мешала человечеству двигаться дальше. 15 июня в журнале Nature Photonics была опубликована онлайн статья, написанная совместной исследовательской группой профессора Чэнь Юншэна из Факультета химии Университета Нанькай и профессора Тянь Цзяньгоу из Факультета физики. Во многих предыдущих исследованиях ученые пытались использовать «световое давление» в качестве источника энергии. “«Световое давление» — это давление, возникающее под действием света, падающего на тело. Фотоны одновременно обладают массой и скоростью; световое давление, возникающее при падении на объект большого количества фотонов с импульсом, заставляет его двигаться. Однако движущая сила, обусловленная световым давлением, крайне мала и совершенно не может удовлетворить требования к нагрузкам в авиации и космонавтике. Графеновый материал, разработанный командой профессора Чэнь Юншэна, благодаря сочетанию особой структуры его макромасштабных форм и уникальной электронной структуры самого графена, может эффективно приводить в движение под действием различных источников света, включая солнечный свет. В ключевой лаборатории Министерства образования по функциональным полимерным материалам, расположенной в Университете Нанькай, исследователи поместили в вакуумную трубку трехмерный графеновый материал в форме круглого диска, напоминающего губку, массой 4 миллиграмма. Под действием различных источников света «губка» мгновенно смещается в горизонтальном или вертикальном направлении; максимальное расстояние смещения может достигать 40 сантиметров. Исследователи отмечают, что источники света, использованные в экспериментах, были слабыми, такими как обычные лазеры, ксеноновые лампы и т. д. Эксперименты показали, что длина волны источника света обратно пропорциональна силе, генерируемой графеновым материалом. То есть, чем корочая длина волны, тем больше движущая сила, генерируемая материалом. Благодаря лабораторным испытаниям в открытом воздухе исследователи обнаружили, что солнечный свет также может заставлять это графеновое вещество двигаться. “Это то, что нам известно: впервые в истории науки свет был использован для приведения в движение макроскопического объекта и обеспечения его макроскопического перемещения. ”Профессор Чэнь Йонгшэн говорит, что в результате количественных измерений было установлено, что сила, возникающая в этом графеновом материале под действием света, в тысячу раз превышает силу традиционного светового давления. “По расчетам, при нагрузке в 500 кг использование приводных парусов, изготовленных на основе такого графенового материала, теоретически позволяет достичь ускорения не менее 0,09 метра в секунду. ” Помимо наблюдения за тем, что свет напрямую приводит к движению объекта, исследовательская группа, проведя множество экспериментов, предложила новый механизм приведения в движение. Согласно этому механизму, под действием света материал выделяет большое количество электронов, что обеспечивает необходимую силу для движения. Таким образом, движение происходит за счет выброса электронов, что сильно отличается от традиционных химических ракет. В настоящее время команда профессора Чэнь Йонгшэна занимается дальнейшими исследованиями и проверкой этого механизма. Поэтому этот материал также может служить удобным источником электронов. В этой работе также считается, что другие материалы с структурой, аналогичной дираковской зоне, при соответствующей сборке также могут обладать подобными свойствами и характеристиками. В самом последнем номере известного британского научно-популярного журнала «New Scientist» была опубликована статья с обзором этого достижения, в которой говорится, что оно «придает графену — этому отличному материалу — ещё одну удивительную свойство». ”