阅读说明：本技术 一种稀薄气体中的石墨烯激光推进方法 (Graphene laser propulsion method in rarefied gas ) 是由 王雷 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,涉及一种稀薄气体中的石墨烯激光推进方法,将石墨烯材料置于气压不高于10<Sup>3</Sup>Pa的稀薄气体中,利用激光束辐照稀薄气体中的石墨烯材料,实现石墨烯材料在稀薄气体中的激光推进；采用激光辐照的方法实现激光束对稀薄气体中石墨烯材料的直接推动,并以石墨烯为载具还能实现对其它材料的直接推动,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推动,推动力远远大于光压(辐射压),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 graphene laser propulsion method in a rarefied gas, wherein a graphene material is placed at a gas pressure of not more than 10 3 In the Pa diluted gas, irradiating the graphene material in the diluted gas by using a laser beam to realize laser propulsion of the graphene material in the diluted gas; the laser irradiation method is adopted to realize the direct pushing of the laser beam to the graphene material in the rarefied gas, the graphene is used as a carrier, the direct pushing of other materials can also be realized, the non-contact pushing of the graphene or other related objects can be realized without any fuel, the pushing force is far greater than the light pressure (radiation pressure), the whole process is simple and efficient, the environment is protected, and the application prospect is wide.)

一种稀薄气体中的石墨烯激光推进方法

技术领域：

本发明属于激光技术领域，涉及一种稀薄气体中的石墨烯激光推进方法。

背景技术：

从太阳帆的概念提出以来，光辐射推进引起了科学界和公众的巨大兴趣，辐射压(光压)推进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，限制了其实际应用。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推动力，虽然该技术能够产生可观的推力，但是其推力的产生依然需要携带特定的烧蚀工质，如金属靶材。到目前为止，无需额外携带燃料的、推力较大的宏观光推进技术未见报道。

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，设计提供一种稀薄气体中的石墨烯激光推进技术，可实现石墨烯材料及其关联物体在稀薄气体中的激光推进。

为了实现上述目的，本发明的具体过程为：把石墨烯材料置于气压不高于10³Pa的稀薄气体中，利用激光束辐照稀薄气体中的石墨烯材料，实现石墨烯材料在稀薄气体中的激光推进。

本发明所述稀薄气体包括空气、氩气或氮气等气体，但不限于这几种气体。

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。

本发明石墨烯材料的质量与体积由激光束的光斑大小、激光功率密度、稀薄气体的气压、稀薄气体的种类等因素决定。

本发明所述激光束为连续激光或脉冲激光；波长为紫外到红外波段，优选可见波段。

本发明所述的石墨烯材料在稀薄气体中的激光推进距离可达米级以上，原则上推进距离不受限制，其衰减仅来自于激光能量在稀薄气体中传输时的微弱损耗。

本发明所述的石墨烯材料在激光推进过程中没有任何损耗或损伤，不需要补充任何燃料即可实现持续的光推进。

本发明所述石墨烯材料也可作为其它物体的载具，实现其在稀薄气体中的激光推进，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)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。

本发明与现有技术相比，克服了现有技术中由于光辐射压很小，难以有效推动块体材料的缺点，采用激光辐照的方法实现激光束对稀薄气体中石墨烯材料的直接推动，并以石墨烯为载具还能实现对其它材料的直接推动，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推动，推动力远远大于光压(辐射压)，整个过程简单高效，绿色环保，应用前景广阔。

附图说明：

图1为本发明所述稀薄气体中的石墨烯激光推进技术的工作原理流程图。

图2为本发明实施例1的实验装置设计图，其中，1-激光器，2-激光束，3-气压可调的透明密闭容器，4-石墨烯材料，5-悬线，6-支架，7-稀薄气体。

图3为本发明实施例1的实验装置实物照片。

图4为本发明实施例1在空气气压为8Pa时，激光(从右至左)推动石墨烯离开平衡位置时的照片。

图5为本发明实施例1在在空气气压为2Pa时，石墨烯处于静止状态的照片。

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做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例在稀薄气体中的石墨烯激光推进的具体过程包括：

(1)如图2所示，仿照物理学中经典的单摆模型将石墨烯材料4通过悬线5悬挂在支架6上，并将石墨烯材料4、悬线5和支架6一并放入一个充满空气的透明的密闭容器3中，其中图3为该实验装置的实物照片；

(2)使用气泵为透明密闭容器3抽气，把气压降至8Pa，以创造稀薄气体环境；

(3)如图4所示，激光器发出的激光束从右至左辐照上述稀薄空气中的石墨烯材料，所用激光束的光斑直径约为2mm，功率为50mW，波长为488nm，石墨烯材料4在激光辐照下持续摆动，实现了明显的激光推进；图4是石墨烯摆动至最高点时的照片，需要注意的是，在该装置中，当石墨烯摆动至最高点时，光照截面最小，所受的激光推动力最弱，因此石墨烯在重力作用下会回到最低点，事实上，如果激光束推动石墨烯在水平方向运动，则石墨烯会沿着光照方向持续运动。

实施例2：

本实施例中，使用气泵将透明密闭容器中的气压降至2Pa，其他参数设置与实施例1相同，此时，受到激光束辐照的石墨烯没有摆动，其静止状态的照片如图5所示，该实施例说明气压过低时，激光束对石墨烯的推动力很小。

由实施例1，2可以看出，本实施例所展示的稀薄气体中的石墨烯激光推进技术，通过激光束辐照特定气压的稀薄气体中的石墨烯材料，实现了其在稀薄气体中的宏观快速运动，效果明显；所述方法简单高效，绿色环保，在推进技术领域有广阔的应用前景。