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    軌道交通新聞

    日本首次實現激光操縱磁懸浮石墨烯運動

    星之球激光 來源:科技日報2012-12-29 我要評論(0 )   

    最近,日本青山學院大學在一項研究中,首次實現了用 激光 操縱磁懸浮石墨烯運動,通過改變石墨烯的溫度,能改變它的懸浮高度,控制運動方向并讓它旋轉,而且演示了陽光...

           最近,日本青山學院大學在一項研究中,首次實現了用激光操縱磁懸浮石墨烯運動,通過改變石墨烯的溫度,能改變它的懸浮高度,控制運動方向并讓它旋轉,而且演示了陽光也能讓石墨烯旋轉。這一成果對研究光驅動人類運輸工具有重要意義,并有望帶來一種新型光能轉換系統。相關論文發表在最近出版的《美國化學協會期刊》上。

      磁懸浮已證明對從火車到青蛙各種物體都有效,但至今還沒有一款磁懸浮的制動器,將外部能量轉化為動能。研究人員解釋說,產生磁懸浮是由于物體具有反磁性,會排斥磁場。所有物質都有不同程度的反磁性,通常情況下反磁性很弱,無法讓物體浮起來。只有當物體反磁性的強度超過其順磁性(被磁場吸引),合磁力為斥力且斥力大于重力時,才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最強的材料之一。

      反磁物體的懸浮高度取決于外加磁場和材料本身的反磁性,懸浮位置則可通過改變外加磁場來事先控制。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動,還沒人能做到。

      “該研究最重要的一點是實現了實時運動控制技術,首次無需接觸而推動一個懸浮著的反磁物體。”論文合著者、青山學院大學教授安倍次郎(音譯)介紹說,“由于該技術簡單而且基本,預計它能用于日常生活的許多領域,比如運輸系統、娛樂活動、光照制動器以及光能轉換系統等。”

      實驗中,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隨著溫度升高而下降,反之亦然。研究人員解釋說,改變溫度會改變石墨烯的磁化率,或它被外加磁場磁化的程度。在原子尺度,是激光的光熱效應增加了石墨烯中熱激電子的數量,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。

      把激光瞄準石墨烯盤片中心可以控制高度,瞄準邊緣能讓它運動和旋轉。因為改變溫度分布會改變磁化率分布,使石墨烯在磁場中受到的斥力不均衡,從而沿著與光束運動相同的方向運動。他們設計的旋轉裝置放在陽光下也會旋轉,轉速超過200轉/分鐘。這對開發光驅動渦輪非常有用。

           研究人員預測,放大這種激光控制磁懸浮運動的能力,有望推動磁懸浮制動器、光熱太陽能轉換系統的發展,還可用于低成本的環保發電系統、新型光驅運輸系統等領域。

      安倍說:“目前,我們正計劃開發一種適合該系統的磁懸浮渦輪葉片。其中可能會有摩擦力破壞旋轉,因此我們想用一種與MEMS(微機電系統)有關的技術,開發出高效的光能轉換系統。在制動器方面,磁懸浮石墨烯能運輸近乎它本身重量的任何物體。如果能成功放大這一系統的話,用來開發個人交通工具就不是夢。”

     

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