来源：科技日报 王小龙
提到二冲程发动机，不少人首先会想到轰鸣的越野摩托车，而最近新加坡的科学家用比头发丝还要薄6万分之一的石墨烯，造出了它的纳米版。这种纳米发动机的原理与常规二冲程发动机完全相同，有望为下一代纳米器件和纳米机器人提供动力。相关论文发表在《纳米快报》上。
虽然微米或纳米发动机的设计灵感往往来自于传统发动机，且早在19世纪二冲程和四冲程发动机就已经开始广泛应用，但在纳米尺度上模拟内燃机这还是第一次。
纳米发动机可在纳米尺度上产生机械能，是纳米器件和纳米机器人应用的关键所在。石墨烯是目前已知的强度最好的材料，其特殊的机械性能对纳米发动机而言非常有用。这也是石墨烯在该领域的首次亮相。
物理学家组织网5月16日发表的一篇文章称，常规的二冲程发动机通过上下活塞运动，产生高压输出机械能。在这种纳米发动机中，那个活塞就是单层原子厚的石墨烯，而激光则起到了火花塞的作用。
为了使纳米发动机工作，研究人员在石墨烯中加入了氟化氯分子。这种分子和石墨烯中的碳原子通过碳—氟离子键结合在一起。当它们暴露在激光中时，这些离子键会打开，导致石墨烯和氟化氯分子发生膨胀，石墨烯的表面会因此形成一个水泡状的突起。其中的压力大约是1百万帕，与汽车轮胎平均的压力不相上下，正是这个压力导致了“水泡”的形成。
当激光被关闭后，碳—氟离子键又会重新建立，压力降低，水泡消失。整个过程中“水泡”的大小与激光的功率呈正相关关系。如此这般，快速开关激光，石墨烯表面的“水泡”就会像二冲程发动机中的活塞一样反复上下运动。能实现这一点还有赖于石墨烯独特的机械性能， 特别是它超高的弹性和强度。
负责此项研究的新加坡国立大学石墨烯研究中心的李钟学（音译）说，这种发动机的结构非常简单，不需要特定的工作条件，也不会排放废气，适用面极为广泛，能满足纳米器件的各种需求。他们的实验证实，石墨烯发动机显示出了出色的可靠性，经过1万次循环后，仍然没有任何功能出现退化。此外，这种发动机也极为节能。
未来，研究人员希望能通过改变激光参数以及开关速度来提高发动机的性能，并为其找到更多的应用领域。李钟学说：“通过与微机电系统（MEMS）纳米机电系统（NEMS）技术的结合，我们的发动机产生的机械能将很容易传送到其他设备上，未来它将有望为更多的纳米器件和纳米机器人提供动力。”
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