用石墨烯实现“光驱动”飞行？

前两天看到一则新闻，南开大学研制成功石墨烯材料可用"光"驱动飞行。新闻说：“南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授领导的科研团队经过3年的研究，获得了一种特殊的石墨烯材料，这种材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上，“光动”飞行或将成为可能。”更多详细内容参见

http://blog.sciencenet.cn/blog-318616-899300.html

我不懂石墨烯，光驱动只在科幻小说里看到过，也没有研究过。不过，这则新闻让我产生了困惑，因为光压驱动的原理是光子的动量被传递给物质，由于动量守恒，就产生了驱动力。如果光子被你的飞船太阳帆吸收，你可以获得光子的动量p,如果光子被完全反射，你可以获得2p动量, 这已经是*大的动量，那么怎么能获得1000倍以上的动量呢？

不过，新闻里有一些提示，里面说，“陈永胜说，这一性质是由于石墨烯本身的电子性质以及这一材料特殊的宏观形貌结构综合形成的。宏观上这一材料可以看做是由无数个相互电子独立的石墨烯片构成通过化学交联构成，因此总体来说，无数个石墨烯发射电子产生的微小动力的和就可观测到光驱动性能，这完全不同于传统的化学火箭。”

也就是说，关键在于在光的照射下，这种材料发射电子，于是获得了推力。这里光的作用并非提供动量产生推力，而是提供能量发射电子，这些电子就好像火箭的喷流一样，通过反作用力产生推力。假定一个光子的能量为E,其动量为p=E/c(c 是光速），那么它本身在被全反射的情况下也只能产生2E/c的动量。但是发射电子的动量呢？假定电子在材料内的表面能为F,考虑*简单的情况，一个光子激发出一个电子（这就是光电效应），理论上电子射出的*大能量为E-F，如果用普通光源（不是伽玛射线），激发出的电子做非相对论运动，那么E-F=P^2/(2m),这里P是电子的动量，m是电子质量，那么P=(2m(E-F))^{1/2},只要材料表面能F比较小（我估计这就是他们所以要用石墨烯的原因），这个量的确可能远远大于p=E/c，所以这的确可以产生相当的推力。

不过,如果这种材料的光驱动原理确实是这样的话，它就只能暂短地产生推力而无法持续，因为随着越来越多电子发射出去，材料里的正电荷过剩，很快会带上正电。这个正电会增强对电子（负电荷）的吸引，到后来电子就无法发射出去了。

低表面能的材料无疑有很多用途，但恐怕还是难以实现光驱飞船。