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提到二沖程發動機，不少人首先會想到轟鳴的越野摩托車，而最近新加坡的科學家用比頭發絲還要薄6萬分之一的石墨烯，造出了它的納米版。這種納米發動機的原理與常規二沖程發動機完全相同，有望為下一代納米器件和納米機器人提供動力。相關論文發表在《納米快報》上。
雖然微米或納米發動機的設計靈感往往來自于傳統發動機，且早在19世紀二沖程和四沖程發動機就已經開始廣泛應用，但在納米尺度上模擬內燃機這還是第一次。
納米發動機可在納米尺度上產生機械能，是納米器件和納米機器人應用的關鍵所在。石墨烯是目前已知的強度最好的材料，其特殊的機械性能對納米發動機而言非常有用。這也是石墨烯在該領域的首次亮相。
物理學家組織網5月16日發表的一篇文章稱，常規的二沖程發動機通過上下活塞運動，產生高壓輸出機械能。在這種納米發動機中，那個活塞就是單層原子厚的石墨烯，而激光則起到了火花塞的作用。
為了使納米發動機工作，研究人員在石墨烯中加入了氟化氯分子。這種分子和石墨烯中的碳原子通過碳—氟離子鍵結合在一起。當它們暴露在激光中時，這些離子鍵會打開，導致石墨烯和氟化氯分子發生膨脹，石墨烯的表面會因此形成一個水泡狀的突起。其中的壓力大約是1百萬帕，與汽車輪胎平均的壓力不相上下，正是這個壓力導致了“水泡”的形成。
當激光被關閉后，碳—氟離子鍵又會重新建立，壓力降低，水泡消失。整個過程中“水泡”的大小與激光的功率呈正相關關系。如此這般，快速開關激光，石墨烯表面的“水泡”就會像二沖程發動機中的活塞一樣反復上下運動。能實現這一點還有賴于石墨烯獨特的機械性能，特別是它超高的彈性和強度。
負責此項研究的新加坡國立大學石墨烯研究中心的李鐘學（音譯）說，這種發動機的結構非常簡單，不需要特定的工作條件，也不會排放廢氣，適用面極為廣泛，能滿足納米器件的各種需求。他們的實驗證實，石墨烯發動機顯示出了出色的可靠性，經過1萬次循環后，仍然沒有任何功能出現退化。此外，這種發動機也極為節能。
未來，研究人員希望能通過改變激光參數以及開關速度來提高發動機的性能，并為其找到更多的應用領域。李鐘學說：“通過與微機電系統（MEMS）納米機電系統（NEMS）技術的結合，我們的發動機產生的機械能將很容易傳送到其他設備上，未來它將有望為更多的納米器件和納米機器人提供動力。”
