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2012-12-29 11:05 |
科学家用激光操纵磁悬浮石墨烯运动
据物理学家组织网近日报道，最近，日本青山学院大学在一项研究中，首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动，通过改变石墨烯的温度，能改变它的悬浮高度，控制运动方向并让它旋转，而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。这一成果对研究光驱动人类运输工具有重要意义，并有望带来一种新型光能转换系统。相关论文发表在最近出版的《美国化学协会期刊》上。 _ *l+ze[a
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磁悬浮已证明对从火车到青蛙各种物体都有效，但至今还没有一款磁悬浮的制动器，将外部能量转化为动能。研究人员解释说，产生磁悬浮是由于物体具有反磁性，会排斥磁场。所有物质都有不同程度的反磁性，通常情况下反磁性很弱，无法让物体浮起来。只有当物体反磁性的强度超过其顺磁性（被磁场吸引），合磁力为斥力且斥力大于重力时，才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最强的材料之一。 .ZO G,h+8
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反磁物体的悬浮高度取决于外加磁场和材料本身的反磁性，悬浮位置则可通过改变外加磁场来事先控制。迄今为止，用外部刺激如温度、光、声音等因素改变材料反磁性，从而控制磁悬浮物体的运动，还没人能做到。 X E#a#
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“该研究最重要的一点是实现了实时运动控制技术，首次无需接触而推动一个悬浮着的反磁物体。”论文合著者、青山学院大学教授安倍次郎（音译）介绍说，“由于该技术简单而且基本，预计它能用于日常生活的许多领域，比如运输系统、娱乐活动、光照制动器以及光能转换系统等。” %I^schE*
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实验中，研究人员演示了用激光控制温度，使一小片磁盘状的石墨烯悬浮在一块钕铁硼（NdFeB）永磁铁的上方。石墨烯的悬空高度会随着温度升高而下降，反之亦然。研究人员解释说，改变温度会改变石墨烯的磁化率，或它被外加磁场磁化的程度。在原子尺度，是激光的光热效应增加了石墨烯中热激电子的数量，热激电子越多，石墨烯的反磁性就越弱，从而悬浮的高度就越低。 i C)+5L# '
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把激光瞄准石墨烯盘片中心可以控制高度，瞄准边缘能让它运动和旋转。因为改变温度分布会改变磁化率分布，使石墨烯在磁场中受到的斥力不均衡，从而沿着与光束运动相同的方向运动。他们设计的旋转装置放在阳光下也会旋转，转速超过200转/分钟。这对开发光驱动涡轮非常有用。 XY`{F.2h
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研究人员预测，放大这种激光控制磁悬浮运动的能力，有望推动磁悬浮制动器、光热太阳能转换系统的发展，还可用于低成本的环保发电系统、新型光驱运输系统等领域。
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安倍说：“目前，我们正计划开发一种适合该系统的磁悬浮涡轮叶片。其中可能会有摩擦力破坏旋转，因此我们想用一种与MEMS（微机电系统）有关的技术，开发出高效的光能转换系统。在制动器方面，磁悬浮石墨烯能运输近乎它本身重量的任何物体。如果能成功放大这一系统的话，用来开发个人交通工具就不是梦。”
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