日本研究人員用普通石墨製作出無需外部動力的浮動平台
磁浮技術被用於漂浮從燈泡到火車等各種物體,並取得了不同程度的成功,但通常需要動力來源。現在,日本的科學家已經開發出一種方法,用普通的舊石墨製造出無需外部動力的浮動平台。
如果你曾經試圖將兩塊帶相同電荷的磁鐵推在一起,你就會明白其中的斥力在起作用。如果磁場夠強大,由某些材料(被稱為二磁材料)製成的物體就能有效地懸浮在表面之上–這可以在許多炫目的懸浮商業產品中看到,從鐘錶、燈具到揚聲器不一而足。更高端的技術使用超導體來懸浮更重的物體,使磁浮列車能夠高速行駛,幾乎沒有摩擦。
所有這些材料的問題都在於它們需要外部電源,而超導體則需要接近低溫的環境。因此,在這項新研究中,沖繩科學技術研究所(OIST)的科學家們開發了一種低成本材料,它可以懸浮在磁性表面上卻無需動力。
它從普通的舊石墨開始,石墨具有很強的二磁性。這當然意味著它可以懸浮在磁鐵之上,但只能維持很短的時間–電流流過石墨會造成能量損失,使懸浮物體迅速下落。這種現象稱為渦流阻尼。
石墨微珠的掃描電子顯微鏡圖–綠色表示二氧化矽塗層OIST
為了避免這種情況,研究團隊用化學方法在石墨顆粒上塗上具有電絕緣性的二氧化矽。最後,將塗覆過的石墨顆粒與蠟混合,壓扁成約1平方公分(0.2 平方英吋)的石板。這樣做,石墨仍然具有二磁性,但絕緣體防止了能量損失,以免阻礙懸浮。果然,在測試中,塗有二氧化矽的石墨平台可以長時間懸浮在由南北極交替的磁鐵組成的表面上。
研究團隊表示,這種懸浮平台系統可能會帶來測量力、加速度和重力的新型感測器。為了獲得更精確的量子感測器,另一個版本使用反饋磁力來不斷修正平台的垂直運動,冷卻平台以降低其動能。不過,這樣做的代價是需要外接電源。
這項研究發表在《應用物理快報》(Applied Physics Letters)雜誌上。從下面的影片中可以看到懸浮平台的運作情況。