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对研究光驱动人类运输工具有重要意义2012年12月29日 来源： 中国科技网 中国科技网讯 据物理学家组织网12月27日报道，最近，日本青山学院大学在一项研究中，首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动，通过改变石墨烯的温度，能改变它的悬浮高度，控制运动方向并让它旋转，而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。这一成果对研究光驱动人类运输工具有重要意义，并有望带来一种新型光能转换系统。相关论文发表在最近出版的《美国化学协会期刊》上。 磁悬浮已证明对从火车到青蛙各种物体都有效，但至今还没有一款磁悬浮的制动器，将外部能量转化为动能。研究人员解释说，产生磁悬浮是由于物体具有反磁性，会排斥磁场。所有物质都有不同程度的反磁性，通常情况下反磁性很弱，无法让物体浮起来。只有当物体反磁性的强度超过其顺磁性（被磁场吸引），合磁力为斥力且斥力大于重力时，才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最强的材料之一。 反磁物体的悬浮高度取决于外加磁场和材料本身的反磁性，悬浮位置则可通过改变外加磁场来事先控制。迄今为止，用外部刺激如温度、光、声音等因素改变材料反磁性，从而控制磁悬浮物体的运动，还没人能做到。 “该研究最重要的一点是实现了实时运动控制技术，首次无需接触而推动一个悬浮着的反磁物体。”论文合著者、青山学院大学教授安倍次郎（音译）介绍说，“由于该技术简单而且基本，预计它能用于日常生活的许多领域，比如运输系统、娱乐活动、光照制动器以及光能转换系统等。” 实验中，研究人员演示了用激光控制温度，使一小片磁盘状的石墨烯悬浮在一块钕铁硼（NdFeB）永磁铁的上方。石墨烯的悬空高度会随着温度升高而下降，反之亦然。研究人员解释说，改变温度会改变石墨烯的磁化率，或它被外加磁场磁化的程度。在原子尺度，是激光的光热效应增加了石墨烯中热激电子的数量，热激电子越多，石墨烯的反磁性就越弱，从而悬浮的高度就越低。 把激光瞄准石墨烯盘片中心可以控制高度，瞄准边缘能让它运动和旋转。因为改变温度分布会改变磁化率分布，使石墨烯在磁场中受到的斥力不均衡，从而沿着与光束运动相同的方向运动。他们设计的旋转装置放在阳光下也会旋转，转速超过200转/分钟。这对开发光驱动涡轮非常有用。 研究人员预测，放大这种激光控制磁悬浮运动的能力，有望推动磁悬浮制动器、光热太阳能转换系统的发展，还可用于低成本的环保发电系统、新型光驱运输系统等领域。 安倍说：“目前，我们正计划开发一种适合该系统的磁悬浮涡轮叶片。其中可能会有摩擦力破坏旋转，因此我们想用一种与MEMS（微机电系统）有关的技术，开发出高效的光能转换系统。在制动器方面，磁悬浮石墨烯能运输近乎它本身重量的任何物体。如果能成功放大这一系统的话，用来开发个人交通工具就不是梦。”（常丽君） 《科技日报》（2012-12-29 二版）

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing) 是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上。一、概述磁悬浮轴承是利用磁力实现无接触的新型轴承，具有无接触、不需要润滑和密封、振动小、使用寿命长、维护费用低等一系列优良品质，属于高技术领域。二、基本原理磁浮轴承系统主要由被悬浮物体、传感器、控制器和执行器四大部分组成。其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。下图是一个简单的磁浮轴承系统，电磁铁绕组上的电流为I，它对被悬浮物体产生的吸力和被悬浮物体本身的重力mg相平衡，被悬浮物体处于悬浮的平衡位置，这个位置也称为参考位置。假设在参考位置上，被悬浮物体受到一个向下的扰动，它就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出被悬浮物体偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器使流过电磁绕组上的电流变大，因此，电磁铁的吸力也变大了，从而驱动被悬浮物体返回到原来的平衡位置。如果被悬浮物体受到一个相上的扰动并向上运动，此时控制器和功率放大器使流过电磁场铁绕组上的电流变小，因此，电磁铁的吸力也变小了，被悬浮物体也能返回到原来的平衡位置。三、特点1、机械方面磁悬浮轴承完全消除了磨损，因此，磁悬浮轴承寿命实质上是控制电路元器件的寿命，比机械接触应力疲劳寿命要长很多。另外，通过对控制电路的冗余设计或更换，理论上可获得永久的工作寿命，比机械硬件冗余或轨道更换要方便得多。磁悬浮轴承无需润滑和密封，不用相应的泵、管道、过滤器和密封件，不会因润滑剂而污染环境，特别适用于航天航空产品。磁悬浮轴承适应环境性强，能在极高或极低的温度下工作。磁悬浮轴承发热少、功耗低，仅由磁滞和涡流引起很小的磁损，因而效率高，功耗大约仅为普通轴承的1/10。磁悬浮轴承圆周转速高，轴承转速只受转子材料抗拉强度的限制。2、控制方面磁悬浮轴承可对转子位置进行控制。磁悬浮轴承不同于其他轴承，即使转子不在轴承中心也能支承转子，转轴可在径向和轴向自由移动。磁悬浮轴承刚度和阻尼由控制系统决定，在一定范围内不但可自由设计，而且在运行过程中可控可调，所以轴承的动态特性好。磁悬浮轴承可以自动绕惯性转子旋转，而不是绕支承的轴线转动，因此消除了质量不平衡针起的附加振动。由于磁悬浮轴承具有以上优点，所以特别适合于高速、真空、超洁净等特殊环境，在航空航天、超高速超精密加工机床、能源、交通及机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。湖南银河天涛科技有限公司（ atitan.com.cn/）