光推动石墨烯海绵运动机理的判别

根据近期国内中央电视台报道的Nature Photonics 论文：Macroscopic and direct light propulsion of bulk graphene material中的提供的实验数据。利用物理学原理对石墨烯材料在真空光照条件下的受力和大小进行了简单估算。

可以把论文中的实验从理论上简化成以下问题：

在一个垂直放置的玻璃管中，放置一个底面积为原型直径为10mm，高为11mm的黑色海绵状物体，物体质量为0.86mg，现用一个波长为450nm，功率为1.5W的激光器从下方垂直照射圆柱体底部，激光光斑为4mm²，激光加热使得物体底面的温度升高到600⁰C，由于真空中黑色海绵材料隔热辐射性能非常好，这时物体上表面的温度仅为27⁰C。增加激光器功率为3W，测得物体发射光电流最大为9.0 × 10⁻⁷ A，假设发射的平均电子能量为70eV。已知玻璃管中的真空度为6.8×10⁻⁴Torr。（1）试分析不同来源的作用力大小或可能的范围。（2）哪种作用力最强？（3）激光照射引起的总作用力能否推动物体垂直向上移动？

答：物体受到的力可能来自以下五个方面，

（1）  物体由于上下表面温差导致的气体浮力。

（2）  光照作用于物体上的光压力。

（3）  物体向下发射过热电子的获得的反冲力。

（4）  上下表面温度差导致的黑体热辐射压力差。

（5）  下表面升温导致气体脱附的反冲力。

光驱动石墨烯估算.pdf