中國發現新型太陽帆材料 推力可提高1000倍

電影《阿凡達》中，人類飛抵4光年外的比鄰星所使用的巨大宇宙飛船採用了16平方公里的巨大太陽帆作為動力，最近中國科學家發現的一種新型材料或許能將這個面積降低1000倍。據悉，天津南開大學教授陳永勝、田建國的聯合科研團隊發現的一種石墨烯材料具備“光動”飛行能力，單位面積材料產生的推力是傳統光壓推動的1000倍。今年1月美國發射了迄今為止最大的太陽帆試驗飛行器Sunjammer，它的太陽帆面積為1200平方米，可產生32牛的推力。同樣的面積的太陽帆，如果使用中國發現的新型石墨烯材料，其推力可達3.2千牛，且同樣完全不需要消耗燃料。這一技術如果得到實用，有望改變未來太空航行的面貌，大大加快人類征服星辰大海的速度。

科幻電影《阿凡達》中的太陽帆飛船（太陽帆已經收起，正使用無工質反物質發動機進行減速）

中新社天津6月19日電(記者張道正)南開大學19日透露，該校教授陳永勝、田建國的聯合科研團隊通過3年研究，獲得一種特殊的石墨烯材料。該材料可在包括太陽光在內的各種光源照射下驅動飛行，其獲得的驅動力是傳統光壓的千倍以上。該研究成果令“光動”飛行成為可能。

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着人類無法走得更遠。目前，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，在其宏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裏，記者看到，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釐米。

今年1月進行測試的迄今最大的太陽帆飛行器，Sunjammer

正在展開的太陽帆

研究人員介紹，實驗所用光源都較弱，如普通激光、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。

“這是我們瞭解到的，迄今為止科學界第一次用光推動一個宏觀物體並實現宏觀的驅動。”陳永勝教授説，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。（觀察者網注：按照理論計算，同樣面積的太陽帆產生的加速度約為0.000009米/秒）

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。

有了新型光動力材料，或許太陽帆的實用時間比我們想象中的還要近

目前，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。

據瞭解，介紹該成果的論文在線發表於國際著名學術刊物《自然-光學》上。最新一期英國著名科普雜誌《新科學家》為該成果撰評述。