新加坡科學家藉由雷射照射讓數奈米厚的氟化石墨烯(fluorinated graphene)產生彈性膨賬，首度製作出奈米級的熱機(heat engine，又譯熱引擎)。該元件可望應用在次世代的奈米機械及奈米機器人(nanorobotic)領域中。 熱機在十九世紀就已出現，但國立新加坡大學石墨烯研究中心的Jong Hak Lee及Barbaros Oezyilmaz設計的這個元件則是第一個奈米級的熱機，它是的主要構造是石墨烯及化學吸附的三氟化氯(ClF3)分子，做為系統的致動器，而雷射扮演了火星塞(ignition plug)的角色。 Lee表示，當他們以波長532 nm的雷射光照射石墨烯上的ClF3分子時，該分子會昇華，導致石墨烯及底下基板間的體積迅速膨脹，產生的約23 MPa高壓會使石墨烯表面隆起成水泡狀；關掉雷射，石墨烯又會恢復原狀。石墨烯層的這種彈性膨脹及收縮相當於內燃機引擎中的活塞運動。 此水泡狀隆起的尺寸可以透過雷射功率輕易控制，每次膨脹循環引擎內的壓力估計為106 Pa，只需不到0.001秒便可產生隆起，而且由於石墨烯是已知最強韌的材料，這種引擎非常耐用，即使經過一萬次循環也不見衰退。Oezyilmaz補充，此奈米熱機既簡單又可靠，不需複雜的機械裝置來操作，而且不會產生任何無用的副產物。 Lee指出，如果能利用已經成熟的奈微米機電系統(MEMS/NEMS)將此隆起過程產生的力轉移給外部的活動零件，此熱機將可用在各種應用中，例如奈米機器人及奈米機械，此隆起運動甚至做為奈米流體系統中的幫浦或閥門。此研究也是科學家第一次嘗試以石墨烯做為奈米引擎，因此還開啟了一個二維材料的研究新領域。詳見Nano Letters | DOI: 10.1021/nl500568d。 |