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歐盟“石墨烯旗艦計(jì)劃”兩項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)推進(jìn)石墨烯發(fā)展

由于具有獨(dú)特的屬性，石墨烯一直以來都被認(rèn)為是能徹底改變工業(yè)和技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的顛覆性材料。歐盟“石墨烯旗艦計(jì)劃”是歐洲有史以來最大的多方合作研究計(jì)劃，旨在塑造石墨烯技術(shù)的未來。在歐盟的資助下，“石墨烯旗艦計(jì)劃”已經(jīng)運(yùn)行了10年，一直致力于開發(fā)能使石墨烯和相關(guān)層狀材料應(yīng)用于未來的潛在技術(shù)。最近，負(fù)責(zé)該計(jì)劃的研究人員通過兩個實(shí)驗(yàn)，首次驗(yàn)證了石墨烯在未來空間領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力和可行性。這兩個實(shí)驗(yàn)是歐盟與歐空局及其它研究機(jī)構(gòu)共同合作完成的。實(shí)驗(yàn)在零重力條件下驗(yàn)證了石墨烯材料在光推進(jìn)和熱管理方面的應(yīng)用能力，并得到了十分鼓舞人心的結(jié)果。
石墨烯獨(dú)特的電、熱、光、強(qiáng)度和重量特性使其成為提升航空航天及衛(wèi)星應(yīng)用能力的理想選擇。在去年年底進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)中，“石墨烯旗艦計(jì)劃”的研究人員專門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(tǒng)和循環(huán)熱管性能的可行性。
在第一項(xiàng)太陽帆實(shí)驗(yàn)中，荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用德國不來梅應(yīng)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100萬分之一），研究石墨烯在光帆中的使用情況。研究人員首先設(shè)計(jì)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(fù)進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)含石墨烯膜的膠囊通過下彈射的方式，在真空失重狀態(tài)下維持了約10秒鐘。
第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究了利用石墨烯提升循環(huán)熱管(衛(wèi)星中廣泛使用的冷卻系統(tǒng))熱傳導(dǎo)效率、延長其使用壽命及增強(qiáng)其自主性的方法。傳統(tǒng)管道中含有的具備多孔金屬涂層的金屬芯，可將熱量傳導(dǎo)到液體中以實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的冷卻。在新實(shí)驗(yàn)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)過拋物線微重力和超重飛行測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)石墨烯改進(jìn)的熱管導(dǎo)熱率得到了顯著提升。每個飛行測試的時長為3小時，經(jīng)石墨烯改裝的飛行器要在實(shí)驗(yàn)過程中完成30次拋物線爬升，且每次爬升過程都要保持大約25秒的失重狀態(tài)。
這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都驗(yàn)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，以及開發(fā)能滿足商業(yè)應(yīng)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(jié)構(gòu)使其既輕薄又堅(jiān)固(強(qiáng)度約為鋼的200倍)。此外，石墨烯還具有優(yōu)良的電、光、熱和機(jī)械性能，且?guī)缀跏峭该鞯�。所有這些特性使石墨烯成為科學(xué)家和工程師們爭相開展研究的明星材料，以追求速度更快、厚度更薄、強(qiáng)度更強(qiáng)且更加柔韌新型電子產(chǎn)品。
為探索石墨烯的應(yīng)用潛力，使多個行業(yè)發(fā)生徹底的變革，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長和就業(yè)，10年來，“石墨烯旗艦計(jì)劃”覆蓋了從材料到器件和系統(tǒng)的整個價值鏈體系。由來自23個國家的約150個合作機(jī)構(gòu)組成的學(xué)術(shù)及行業(yè)專家聯(lián)盟，協(xié)調(diào)并掌控著該計(jì)劃在各個分支研究領(lǐng)域的正常運(yùn)行。歐盟委員會則通過直接資助或以歐盟資助項(xiàng)目(如GRAPHENECORE 1項(xiàng)目)研究成果的形式對該計(jì)劃提供支持。
隨著時間的推移，“石墨烯旗艦計(jì)劃”的成果將會為推動石墨烯特定應(yīng)用開發(fā)繼續(xù)做出貢獻(xiàn)。此外，“石墨烯旗艦計(jì)劃”的另一個重大使命是為學(xué)生和年輕科研人員提供科研培訓(xùn)的平臺和接觸前沿科學(xué)研究機(jī)會。

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