鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2297次 | 2018年08月10日
如何解釋驗(yàn)證石墨烯“光驅(qū)動(dòng)”現(xiàn)象呢?
首先我們來看傳統(tǒng)光壓:
對(duì)于全吸收:p=W/c
W是能流密度,單位是瓦每平方米,p是光壓,單位是帕斯卡,c是光速??紤]到石墨烯看起來是黑的,而且稀松,可以認(rèn)為激光能以吸收為主。反射可以帶來更多的光壓,但是再考慮入射角度,真空管玻璃吸收反射等不利因素,我們可以用以上全吸收輻射壓公式計(jì)算光壓。用上一篇博文的數(shù)據(jù),直接約掉等式兩邊的每平方米,W=3.5瓦,光壓產(chǎn)生的力就是3.5/c=1.2*10^-8牛頓,對(duì)于質(zhì)量為0.4毫克的石墨烯,該力不到其重力的300分之一,不足以克服石墨烯與真空管之間的摩擦,不能把石墨烯往上打。
其次我們估算氣體脫附或者熱火箭帶來的動(dòng)量反沖:
網(wǎng)友指出,論文中提到多次照射石墨烯質(zhì)量沒有變化,但是考慮給出的質(zhì)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)只有兩位,我們可以假定千分之一的質(zhì)量損失是測(cè)不出來的。作為簡(jiǎn)單估算,可以認(rèn)為噴射物質(zhì)的溫度在1000攝氏度左右,對(duì)應(yīng)熱速度超過1000米/秒(碳原子),那么石墨烯可以得到1米/秒的反沖,這將產(chǎn)生明顯可以觀測(cè)的移動(dòng)。如果直接向上,可以上行5厘米。
對(duì)于氣體脫附(姬楊),由于噴射物質(zhì)來自隨時(shí)補(bǔ)充的吸附氣體分子,只要石墨烯沒有破壞,質(zhì)量永遠(yuǎn)不會(huì)變。能噴射出的物質(zhì)量不受千分之一石墨烯質(zhì)量限制,而是取決于石墨烯的吸附能力。松散的石墨烯吸附能力很強(qiáng)。雖然沒有直接的數(shù)據(jù),但是可以參考活性碳。由于激光能量足夠,噴射質(zhì)量再增加幾倍(仍不超過石墨烯質(zhì)量百分之一),就可以讓石墨烯向上運(yùn)動(dòng)幾米。
靜電解釋估算:
論文中提到激光打出的電流在3x10^-8~9x10^-7A.用1000毫秒脈沖實(shí)驗(yàn)估算,大約打出5x10^-7庫(kù)侖電量,假定電荷再平衡(部分電子飛很遠(yuǎn),石墨烯從附近管壁及氣體中吸收電子)后,石墨烯和管壁都帶10^-8庫(kù)侖電量,電荷中心距離為1厘米,那么靜電斥力為keq1q2/r^2=9*10^910^-16/0.01^2~0.01牛頓,這對(duì)于質(zhì)量只有0.4毫克大小的石墨烯,是一個(gè)很大的力,約是光壓的一百萬倍,重力的兩千多倍,即使再少一個(gè)量級(jí)電量,仍有光壓的1萬倍,重力的20倍,能驅(qū)動(dòng)石墨烯走很遠(yuǎn)。
活塞解釋估算:
洪建輝指出,由于真空管像一個(gè)活塞結(jié)構(gòu),激光加熱一邊的氣體導(dǎo)致真空管一邊壓強(qiáng)增加,從而推動(dòng)作為活塞的石墨烯。流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算太復(fù)雜了,這里做一個(gè)靜壓估算:
對(duì)于0.86毫克樣品的例子,氣壓是6.8x10^-4torr,即0.09Pa。
假定一邊的空氣溫度上升到1000攝氏度,即氣壓上升到約4倍,那么壓強(qiáng)為0.36Pa,樣品直徑10mm,那么兩端壓強(qiáng)差產(chǎn)生的推力為(0.36-0.09)*3.14*(0.01/2)^2=0.000021牛頓=21微牛頓,超過重力0.86*10^-6*9.8=8.4微牛頓,應(yīng)該產(chǎn)生明顯的推動(dòng)。如果溫度上升一倍,那么也可以達(dá)到7微牛頓,仍然與重力差不多。
論文其實(shí)討論過光壓和laserabalation(即熱火箭),部分討論了氣體脫附(高溫處理),并排除了這些效應(yīng)的影響,但是沒有討論活塞效應(yīng)和靜電效應(yīng)。
論文圖4e中的電子能量峰大約為70eV,這不是光電子。是激光等離子體相互作用產(chǎn)生的高能電子,有這種高能電子的存在,一定存在laserabalation,所以熱火箭和氣體脫附效應(yīng)不能排除。光譜儀和熱成像儀可以驗(yàn)證這兩種效應(yīng)的存在?;钊?yīng)可以通過在真空管樣品后端上方或旁邊另放一塊小石墨烯(不能固定)驗(yàn)證,觀察它在未受到照射的情況下是否會(huì)動(dòng)。熱成像儀恐怕不行,因?yàn)闅怏w太稀薄了。
要區(qū)別不同機(jī)制一個(gè)辦法就是減少激光光強(qiáng),去除熱效應(yīng)和強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng),只保留論文提出的發(fā)射電子效應(yīng)。
其實(shí)根據(jù)論文中的信息,即太陽光也能夠驅(qū)動(dòng)石墨烯,如果不是石墨烯太輕太容易吸熱變形,只能是靜電效應(yīng)了。
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