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軌道交通新聞

日本首次實(shí)現(xiàn)激光操縱磁懸浮石墨烯運(yùn)動(dòng)

星之球激光 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)2012-12-29 我要評(píng)論(0 )   

最近,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(guò)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(yáng)光...

       最近,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(guò)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(yáng)光也能讓石墨烯旋轉(zhuǎn)。這一成果對(duì)研究光驅(qū)動(dòng)人類運(yùn)輸工具有重要意義,并有望帶來(lái)一種新型光能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)期刊》上。

  磁懸浮已證明對(duì)從火車到青蛙各種物體都有效,但至今還沒(méi)有一款磁懸浮的制動(dòng)器,將外部能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。研究人員解釋說(shuō),產(chǎn)生磁懸浮是由于物體具有反磁性,會(huì)排斥磁場(chǎng)。所有物質(zhì)都有不同程度的反磁性,通常情況下反磁性很弱,無(wú)法讓物體浮起來(lái)。只有當(dāng)物體反磁性的強(qiáng)度超過(guò)其順磁性(被磁場(chǎng)吸引),合磁力為斥力且斥力大于重力時(shí),才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最強(qiáng)的材料之一。

  反磁物體的懸浮高度取決于外加磁場(chǎng)和材料本身的反磁性,懸浮位置則可通過(guò)改變外加磁場(chǎng)來(lái)事先控制。迄今為止,用外部刺激如溫度、光、聲音等因素改變材料反磁性,從而控制磁懸浮物體的運(yùn)動(dòng),還沒(méi)人能做到。

  “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(wú)需接觸而推動(dòng)一個(gè)懸浮著的反磁物體。”論文合著者、青山學(xué)院大學(xué)教授安倍次郎(音譯)介紹說(shuō),“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(lè)活動(dòng)、光照制動(dòng)器以及光能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。”

  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(NdFeB)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(shuō),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。

  把激光瞄準(zhǔn)石墨烯盤片中心可以控制高度,瞄準(zhǔn)邊緣能讓它運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楦淖儨囟确植紩?huì)改變磁化率分布,使石墨烯在磁場(chǎng)中受到的斥力不均衡,從而沿著與光束運(yùn)動(dòng)相同的方向運(yùn)動(dòng)。他們?cè)O(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)裝置放在陽(yáng)光下也會(huì)旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速超過(guò)200轉(zhuǎn)/分鐘。這對(duì)開發(fā)光驅(qū)動(dòng)渦輪非常有用。

       研究人員預(yù)測(cè),放大這種激光控制磁懸浮運(yùn)動(dòng)的能力,有望推動(dòng)磁懸浮制動(dòng)器、光熱太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展,還可用于低成本的環(huán)保發(fā)電系統(tǒng)、新型光驅(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)等領(lǐng)域。

  安倍說(shuō):“目前,我們正計(jì)劃開發(fā)一種適合該系統(tǒng)的磁懸浮渦輪葉片。其中可能會(huì)有摩擦力破壞旋轉(zhuǎn),因此我們想用一種與MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))有關(guān)的技術(shù),開發(fā)出高效的光能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在制動(dòng)器方面,磁懸浮石墨烯能運(yùn)輸近乎它本身重量的任何物體。如果能成功放大這一系統(tǒng)的話,用來(lái)開發(fā)個(gè)人交通工具就不是夢(mèng)。”

 

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