阅读说明：本技术 一种利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法 (Method for driving graphene in liquid by using laser beam ) 是由 王雷 赵秋玲 王霞 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于激光技术领域,涉及一种利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法,将石墨烯材料浸入液体中,用激光束辐照液体中的石墨烯材料,实现其在液体中的激光直接驱动；采用激光辐照石墨烯的方法实现激光束对块体石墨烯材料在液体中的直接驱动,并以石墨烯为载具还能实现对其它材料和物体在液体中的直接驱动,不需要任何燃料即可实现石墨烯或者其它关联物体的非接触式水下驱动,驱动力远远大于光压(辐射压)驱动,整个过程简单高效,绿色环保,应用前景广阔。(The invention belongs to the technical field of laser, and relates to a method for driving graphene in liquid by utilizing laser beams, which comprises the steps of immersing a graphene material in the liquid, and irradiating the graphene material in the liquid by using the laser beams to realize the direct laser driving of the graphene material in the liquid; the method for irradiating the graphene by the laser is adopted to realize the direct drive of the laser beam to the bulk graphene material in the liquid, the graphene is used as a carrier, the direct drive of other materials and objects in the liquid can also be realized, the non-contact underwater drive of the graphene or other related objects can be realized without any fuel, the driving force is far greater than the light pressure (radiation pressure) drive, the whole process is simple and efficient, the method is green and environment-friendly, and the application prospect is wide.)

一种利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法

技术领域：

本发明属于激光技术领域，涉及一种利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法。

背景技术：

从太阳帆的概念提出以来，光辐射驱动引起了科学界和公众的巨大兴趣，辐射压(光压)驱动最大的优势是无需额外携带燃料和能源，只要有光照即可；但是其最大的缺点是辐射压极小，难以产生强大的辐射推力，限制了其实用性。虽然基于辐射压的光驱动技术的发展目前受到了一些限制，但对光驱动的探索从未停止。20世纪末至今，激光烧蚀推进技术受到了关注，其基本原理为烧蚀物质(靶材)在激光辐照下被加热产生高温等离子体，沿着光束入射方向的反方向喷射产生驱动力，虽然该技术避免了携带体积和质量巨大的化学燃料，但是其驱动力的产生依然需要携带特定的烧蚀物质(靶材)，如金属。但是到目前为止，激光驱动技术大多针对气体或真空环境，对于在液体环境中适用的激光长距离驱动技术研究甚少，例如CN02128212.9提供了一种方法和装置，用来在辐照表面上恒定地建立激光束的能量分布，并将激光束均匀地辐照到整个辐照表面，用光学系统将多个激光束在辐照表面上的形状形成为椭圆形或矩形，并在辐照表面沿第一方向移动的同时，发射多个激光束，且辐照表面沿第二方向移动，以及辐照表面在沿与第一方向相反的方向移动的同时，发射多个激光束；在辐照表面沿第一方向移动的同时可以发射多个激光束，并在辐照表面沿与第一方向相反的方向移动的同时，可以发射多个激光束，以及辐照表面也可以沿第二方向移动。

发明内容

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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法，采用激光束辐照液体中的石墨烯，实现其在液体中的运动。

为了实现上述目的，本发明利用激光束在液体中驱动石墨烯的具体过程为：将石墨烯材料浸入液体中，用激光束辐照液体中的石墨烯材料，实现其在液体中的激光直接驱动。

本发明所述石墨烯材料的尺寸为纳米级、微米级、毫米级、厘米级或米级，石墨烯材料为1层以上的石墨烯组成的石墨烯微纳米片或三维网络结构。

本发明能够驱动的石墨烯的尺寸根据激光束光斑的大小和激光功率密度确定，其中激光束光斑的大小与石墨烯的尺寸接近或大于石墨烯的尺寸，激光功率密度应大于250mW/cm²。

本发明所述激光束为连续激光或脉冲激光，优选连续激光；波长为紫外到红外波段，优选可见波段。

本发明所述液体应具有较高的激光透过率(透明度)，包括普通自来水、去离子水、海水、油等，但不限于所列举的液体，对其它未列举的液体同样适用，优选为具有较高激光透过率的液体。

本发明所述的石墨烯材料在液体中的激光直接驱动距离可达厘米级至米级，原则上只要激光功率密度满足要求，驱动距离不受限制。

本发明所述石墨烯材料也可作为其它物体的载具，实现其在液体中的激光驱动，如在石墨烯中嵌入其它材料(如金属粉末)，或者把是石墨烯与其它材料(如镁铝合金)的连接在一起，但所述其它材料并不仅限于所列举的材料，其他未列举的材料或物体同样适用。

本发明与现有相比，克服了现有技术中由于光辐射压很小，难以明显驱动块体材料的缺点，采用激光辐照石墨烯的方法实现激光束对块体石墨烯材料在液体中的直接驱动，并以石墨烯为载具还能实现对其它材料和物体在液体中的直接驱动，不需要任何燃料即可实现石墨烯或者其它关联物体的非接触式水下驱动，驱动力远远大于光压(辐射压)驱动，整个过程简单高效，绿色环保，应用前景广阔。

附图说明：

图1为本发明所述利用激光束在液体中驱动石墨烯的工作原理流程图。

图2为本发明实施例1中激光驱动液体中石墨烯的实验装置照片，其中，1-激光器，2-激光束，3-平面反射镜，4-石墨烯材料，5-去离子水。

图3为本发明实施例1在激光辐照前，石墨烯在去离子水中的初始位置照片。

图4为本发明实施例1在激光辐照过程中，石墨烯在去离子水中的位置照片。

图5为本发明实施例1在激光辐照13秒后，石墨烯在去离子水中的最终位置照片。

图6为本发明实施例2中在某一时刻，石墨烯在去离子水中的初始位置照片。

图7为本发明实施例2在无激光辐照时，石墨烯在去离子水中自由下落15秒后的最终位置照片。

在图3-图7中，圆圈标示出了液体中石墨烯的位置。

具体实施方式

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为更好地说明本发明，便于理解技术方案，下面通过实施例并结合附图对本发明进一步详细说明。

实施例1：

本实施例利用激光束在去离子水中驱动石墨烯的具体过程包括：

(1)在去离子水5中浸入石墨烯材料4；

(2)激光器1发出的激光束2通过平面反射镜3后沿着竖直方向自下而上射入步骤(1)所述的去离子水中，辐照浸入其中的石墨烯，所用激光束的光斑直径约为2mm，功率为75mW，为波长为488nm的连续激光，石墨烯材料4在激光辐照前位于图3所示的位置；由图4可知，激光辐照能够对去离子水中的石墨烯有明显的向上的驱动作用；经过13秒的激光辐照，石墨烯到达了图5所示的位置，实现了石墨烯在去离子水中的高效驱动。

实施例2：

本实施例对没有激光辐照时，石墨烯在去离子水中的运动情况进行了实验，某时刻石墨烯处于图6所示的位置，由图7可知，在没有激光辐照的情况下，石墨烯会在重力作用下向下运动，该实施例再次证明激光辐照的确对石墨烯有额外的明显的驱动作用。

实施例3：

本实施例在实施例1所述光束穿过去离子水后的传播路径上放置一块玻璃基底以便沉积石墨烯，利用实施例1的技术在液相中实现激光束对大量微纳米尺度石墨烯材料的转移，进而实现石墨烯材料在基片上的激光打印。

由实施例1，2，3可以看出，本实施例利用激光束在液体中驱动石墨烯的方法，通过激光束辐照液体中的石墨烯，实现了其在液体中的快速驱动，驱动速度快，效果明显；所述方法简单高效，绿色环保，应用前景广阔。