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欧盟“石墨烯旗舰计划”两项最新实验进一步推动石墨烯向潜在前沿技术领域发展
2018-01-22

[据物理学组织网站2018116日报道] 由于具有独特的属性,石墨烯一直以来都被认为是能彻底改变工业和技术应用现状的颠覆性材料。欧盟“石墨烯旗舰计划”是欧洲有史以来最大的多方合作研究计划,旨在塑造石墨烯技术的未来。在欧盟的资助下,“石墨烯旗舰计划”已经运行了10年,一直致力于开发能使石墨烯和相关层状材料应用于未来的潜在技术。最近,负责该计划的研究人员通过两个实验,首次验证了石墨烯在未来空间领域应用的巨大潜力和可行性。这两个实验是欧盟与欧空局及其它研究机构共同合作完成的。实验在零重力条件下验证了石墨烯材料在光推进和热管理方面的应用能力,并得到了十分鼓舞人心的结果。

石墨烯独特的电、热、光、强度和重量特性使其成为提升航空航天及卫星应用能力的理想选择。在去年年底进行的一系列实验中,“石墨烯旗舰计划”的研究人员专门研究了利用石墨烯材料改进空间推进技术,以及提升热管理系统和循环热管性能的可行性。

在第一项太阳帆实验中,荷兰代尔夫特技术大学研究团队利用德国不来梅应用空间技术和微重力中心(ZARM146米的下降塔,在微重力条件下(地球引力的100万分之一),研究石墨烯在光帆中的使用情况。研究人员首先设计出可自由漂浮的石墨烯膜,然后将其暴露在激光的辐射压力下进行观察,并测量所产生的推力大小。为了克服最初的技术困难,研究小组重复进行了5次实验。实验中,内含石墨烯膜的胶囊通过下弹射的方式,在真空失重状态下维持了约10秒钟。

第二项实验研究了利用石墨烯提升循环热管(卫星中广泛使用的冷却系统)热传导效率、延长其使用寿命及增强其自主性的方法。传统管道中含有的具备多孔金属涂层的金属芯,可将热量传导到液体中以实现对整个系统的冷却。在新实验中研究人员用两种新型石墨烯材料替代了多孔金属涂层。经过抛物线微重力和超重飞行测试,发现经石墨烯改进的热管导热率得到了显著提升。每个飞行测试的时长为3小时,经石墨烯改装的飞行器要在实验过程中完成30次抛物线爬升,且每次爬升过程都要保持大约25秒的失重状态。

这两项实验结果都验证了石墨烯的多功能特性,目前,研究人员正在进一步研究辐射压力对石墨烯光帆的影响,以及开发能满足商业应用的石墨烯热管。

石墨烯碳层仅有单原子厚度,二维六边形的晶格结构使其既轻薄又坚固(强度约为钢的200倍)。此外,石墨烯还具有优良的电、光、热和机械性能,且几乎是透明的。所有这些特性使石墨烯成为科学家和工程师们争相开展研究的明星材料,以追求速度更快、厚度更薄、强度更强且更加柔韧新型电子产品。

为探索石墨烯的应用潜力,使多个行业发生彻底的变革,促进经济增长和就业,10年来,石墨烯旗舰计划覆盖了从材料到器件和系统的整个价值链体系。由来自23个国家的约150个合作机构组成的学术及行业专家联盟,协调并掌控着该计划在各个分支研究领域的正常运行。欧盟委员会则通过直接资助或以欧盟资助项目(如GRAPHENECORE 1项目)研究成果的形式对该计划提供支持。

随着时间的推移,“石墨烯旗舰计划”的成果将会为推动石墨烯特定应用开发继续做出贡献。此外,“石墨烯旗舰计划”的另一个重大使命是为学生和年轻科研人员提供科研培训的平台和接触前沿科学研究机会。(工业和信息化部电子第一研究所  李铁成)

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