電影《阿凡達(dá)》中，人類飛抵4光年外的比鄰星所使用的巨大宇宙飛船采用了16平方公里的巨大太陽帆作為動(dòng)力，最近中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種新型材料或許能將這個(gè)面積降低1000倍。據(jù)悉，天津南開大學(xué)教授陳永勝、田建國(guó)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的一種石墨烯材料具備“光動(dòng)”飛行能力，單位面積材料產(chǎn)生的推力是傳統(tǒng)光壓推動(dòng)的1000倍。今年1月美國(guó)發(fā)射了迄今為止最大的太陽帆試驗(yàn)飛行器Sunjammer，它的太陽帆面積為1200平方米，可產(chǎn)生32牛的推力。同樣的面積的太陽帆，如果使用中國(guó)發(fā)現(xiàn)的新型石墨烯材料，其推力可達(dá)3.2千牛，且同樣完全不需要消耗燃料。這一技術(shù)如果得到實(shí)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。
　　南開大學(xué)在6月19日透露，該校教授陳永勝、田建國(guó)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)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(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動(dòng)飛行，其獲得的驅(qū)動(dòng)力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。該研究成果令“光動(dòng)”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(dòng)力源問題一直羈絆著人類無法走得更遠(yuǎn)。目前，幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū)動(dòng)，即通過噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來獲得驅(qū)動(dòng)力。光直接驅(qū)動(dòng)飛行是科學(xué)界和航空界多年的夢(mèng)想，亦是難題。
　　陳永勝教授團(tuán)隊(duì)研制出的這種石墨烯材料，在其宏觀材料特殊形貌結(jié)構(gòu)和石墨烯自身特殊電子結(jié)構(gòu)的共同作用下，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動(dòng)飛行。
　　在位于南開大學(xué)的功能高分子材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，記者看到，研究人員將一個(gè)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(dòng)”下，“海綿”瞬間發(fā)生了水平或豎直方向的位移，最大移動(dòng)距離可達(dá)40厘米。
　　研究人員介紹，實(shí)驗(yàn)所用光源都較弱，如普通激光、氙燈等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光源的波長(zhǎng)與石墨烯材料產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力成反比。即波長(zhǎng)越短，材料產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力越大。通過室外實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)太陽光同樣可以驅(qū)動(dòng)這種石墨烯材料移動(dòng)。
　　“這是我們了解到的，迄今為止科學(xué)界第一次用光推動(dòng)一個(gè)宏觀物體并實(shí)現(xiàn)宏觀的驅(qū)動(dòng)。”陳永勝教授說，通過定量測(cè)量，這種石墨烯材料在光照條件下產(chǎn)生的力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。500公斤的負(fù)載，如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動(dòng)帆板，理論上獲得的驅(qū)動(dòng)力至少能使其達(dá)到0.09米每秒的加速度。（觀察者網(wǎng)注：按照理論計(jì)算，同樣面積的太陽帆產(chǎn)生的加速度約為0.000009米/秒）
　　除了觀察到這種光直接驅(qū)動(dòng)飛行外，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，提出了一種新的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，即這種材料在光作用下，通過發(fā)射大量的電子獲得了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，即這種特殊的驅(qū)動(dòng)是通過電子噴射獲得的，完全不同于傳統(tǒng)的化學(xué)火箭。
　　目前，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)正在對(duì)這種機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。因此本材料還可以作為一種方便的電子發(fā)射源。
　　據(jù)了解，介紹該成果的論文在線發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《自然-光學(xué)》上。最新一期英國(guó)著名科普雜志《新科學(xué)家》為該成果撰評(píng)述。