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歐盟“石墨烯旗艦計劃”兩項新實(shí)驗推進(jìn)石墨烯發(fā)展

由于具有獨特的屬性，石墨烯一直以來(lái)都被認為是能徹底改變工業(yè)和技術(shù)應用現狀的顛覆性材料。歐盟“石墨烯旗艦計劃”是歐洲有史以來(lái)最大的多方合作研究計劃，旨在塑造石墨烯技術(shù)的未來(lái)。在歐盟的資助下，“石墨烯旗艦計劃”已經(jīng)運行了10年，一直致力于開(kāi)發(fā)能使石墨烯和相關(guān)層狀材料應用于未來(lái)的潛在技術(shù)。最近，負責該計劃的研究人員通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗，首次驗證了石墨烯在未來(lái)空間領(lǐng)域應用的巨大潛力和可行性。這兩個(gè)實(shí)驗是歐盟與歐空局及其它研究機構共同合作完成的。實(shí)驗在零重力條件下驗證了石墨烯材料在光推進(jìn)和熱管理方面的應用能力，并得到了十分鼓舞人心的結果。
石墨烯獨特的電、熱、光、強度和重量特性使其成為提升航空航天及衛星應用能力的理想選擇。在去年年底進(jìn)行的一系列實(shí)驗中，“石墨烯旗艦計劃”的研究人員專(zhuān)門(mén)研究了利用石墨烯材料改進(jìn)空間推進(jìn)技術(shù)，以及提升熱管理系統和循環(huán)熱管性能的可行性。
在第一項太陽(yáng)帆實(shí)驗中，荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)研究團隊利用德國不來(lái)梅應用空間技術(shù)和微重力中心(ZARM)146米的下降塔，在微重力條件下（地球引力的100萬(wàn)分之一），研究石墨烯在光帆中的使用情況。研究人員首先設計出可自由漂浮的石墨烯膜，然后將其暴露在激光的輻射壓力下進(jìn)行觀(guān)察，并測量所產(chǎn)生的推力大小。為了克服最初的技術(shù)困難，研究小組重復進(jìn)行了5次實(shí)驗。實(shí)驗中，內含石墨烯膜的膠囊通過(guò)下彈射的方式，在真空失重狀態(tài)下維持了約10秒鐘。
第二項實(shí)驗研究了利用石墨烯提升循環(huán)熱管(衛星中廣泛使用的冷卻系統)熱傳導效率、延長(cháng)其使用壽命及增強其自主性的方法。傳統管道中含有的具備多孔金屬涂層的金屬芯，可將熱量傳導到液體中以實(shí)現對整個(gè)系統的冷卻。在新實(shí)驗中研究人員用兩種新型石墨烯材料替代了多孔金屬涂層。經(jīng)過(guò)拋物線(xiàn)微重力和超重飛行測試，發(fā)現經(jīng)石墨烯改進(jìn)的熱管導熱率得到了顯著(zhù)提升。每個(gè)飛行測試的時(shí)長(cháng)為3小時(shí)，經(jīng)石墨烯改裝的飛行器要在實(shí)驗過(guò)程中完成30次拋物線(xiàn)爬升，且每次爬升過(guò)程都要保持大約25秒的失重狀態(tài)。
這兩項實(shí)驗結果都驗證了石墨烯的多功能特性，目前，研究人員正在進(jìn)一步研究輻射壓力對石墨烯光帆的影響，以及開(kāi)發(fā)能滿(mǎn)足商業(yè)應用的石墨烯熱管。
石墨烯碳層僅有單原子厚度，二維六邊形的晶格結構使其既輕薄又堅固(強度約為鋼的200倍)。此外，石墨烯還具有優(yōu)良的電、光、熱和機械性能，且幾乎是透明的。所有這些特性使石墨烯成為科學(xué)家和工程師們爭相開(kāi)展研究的明星材料，以追求速度更快、厚度更薄、強度更強且更加柔韌新型電子產(chǎn)品。
為探索石墨烯的應用潛力，使多個(gè)行業(yè)發(fā)生徹底的變革，促進(jìn)經(jīng)濟增長(cháng)和就業(yè)，10年來(lái)，“石墨烯旗艦計劃”覆蓋了從材料到器件和系統的整個(gè)價(jià)值鏈體系。由來(lái)自23個(gè)國家的約150個(gè)合作機構組成的學(xué)術(shù)及行業(yè)專(zhuān)家聯(lián)盟，協(xié)調并掌控著(zhù)該計劃在各個(gè)分支研究領(lǐng)域的正常運行。歐盟委員會(huì )則通過(guò)直接資助或以歐盟資助項目(如GRAPHENECORE 1項目)研究成果的形式對該計劃提供支持。
隨著(zhù)時(shí)間的推移，“石墨烯旗艦計劃”的成果將會(huì )為推動(dòng)石墨烯特定應用開(kāi)發(fā)繼續做出貢獻。此外，“石墨烯旗艦計劃”的另一個(gè)重大使命是為學(xué)生和年輕科研人員提供科研培訓的平臺和接觸前沿科學(xué)研究機會(huì )。

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