[发明专利]一种用石墨烯新材料建造的坚固高速信息化深层地下铁道

说明书

技术领域

本发明涉及一种用石墨烯新材料建造的坚固高速信息化深层地下铁道，属于新材料应用技术领域。

背景技术

2010年诺贝尔物理学奖颁发给英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，因为这两位物理学家“在二维石墨烯材料的开创性实验”中取得成功，并从石墨中分离出可以单独存在的石墨烯。

石墨烯的发现及其特性引起了世界各国研究人员的兴趣。中国科学院、高等院校许多研究人员忙于做石墨烯实验，写石墨烯论文。江苏省常州市人民政府更是一马当前，于2011年9月1日出资成立江南石墨烯研究院。常州市委书记范燕青（无锡人）指出：石墨烯以其优异的性能和巨大的产业化前景，吸引着国内外众多专家和院校的关注，投资石墨烯新技术的研发，就能占据石墨烯新材料科学技术的制高点。常州组建成立江南石墨烯研究院，并启动建设常州市石墨烯科技产业园，目的就是为了使常州在石墨烯这一战略性新兴产业的竞争中赢得发展先机，为常州的转型升级增添新动力。

本项专利的发明人缪同春在北京原石油工业部工作时，经常乘坐北京地铁， 每年到上海参加太阳能会，也喜欢乘坐上海地铁，目前，无锡正在建造地铁一号线，无锡地铁建造深度在地面以下20米左右，无锡巨力重工股份有限公司与德国海瑞克公司联合制造的盾构机是世界领先的隧道掘进机械设备，盾构机每掘进一定距离后，挖出的空间需用拼接好的“管片”支护起来，使隧道一次成型。目前，中国建造的在地面至地面以下50米深之间的距离的地层内的浅层地下铁道挖出的隧道空间需用拼接好的钢铁“管片”支护起来。在地面以下50米深至地面以下5000米深之间距离的地层内，地层压力增加，地质情况复杂，只有用石墨烯新材料或石墨烯复合材料制造“管片”才能支护深层地下铁道石墨烯隧道圆壁。

全世界人口的迅速增加和局部地区交通的拥挤，光靠浅层地下铁道已不能解决交通问题。先进武器的出现，特别是钻地导弹的钻地深度的增加，也需要改变单一依赖浅层地下铁道的格局。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种用石墨烯新材料建造的坚固高速信息化深层地下铁道。

美国哥伦比亚大学一个研究组在“科学”杂志中宣布，石墨烯是现在世界上已知的最为坚固的材料。他们发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，其每100纳米距离上可承受的最大压力达到约2.9微牛。这一结果相当于施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。中国科学院数学与系统科学研究院明平兵研究员及合作者的计算结果表明，预测石墨烯的理想强度为110GPa~121GPa，这意味着石墨烯是目前人类已知的最为牢固的材料，厚度约100纳米的石墨烯膜，需要施加约两万牛顿的压力才能将其扯断，这充分表明石墨烯比钻石还要坚硬。本项专利的发明人缪同春提出用石墨烯新材料在地面以下50米深至5000米深的地层内，用石墨烯盾构机掘进深层隧道，并用拼接好的石墨烯新材料或石墨烯复合材料制造“管片”支护深层地下铁道石墨烯隧道圆壁。石墨烯新材料的发现和将来的大规模生产，为深层地下铁道的建造奠定了坚实的科学基础。

中国有许多适合建造深层地下铁道的好地方：青藏高原（北纬25°—40°，东经74°—104°）是世界上最高的高原，平均海拔高度4500米，面积250万平方公里，有“世界屋脊”和“第三极”之称。黄土高原平均海拔2000米，内蒙古高原平均海拔1300米，云贵高原平均海拔1500米，都是建造深层地下铁道立体网络的好地方。毛泽东早就指示：“深挖洞”，石墨烯新材料是深挖洞的保障。伊拉克战争期间，伊军坦克躲进浅层地道，被美军的电子技术侦察到停放位置，飞机发射钻地导弹命中坦克，地道不深不管用。在高原和一切具备地质条件的地区建造深层地下铁道，对经济建设和国防建设具有重大的意义。

石墨烯的电子迁移率不随温度而改变，在地层深处，无论温度如何变化，石墨烯的电子迁移率大约都是15000㎝2／v·s，电子在石墨烯中的传输速度比在硅中快100倍，电子在石墨烯中的运动速度达到光速的1/300，深层地下铁道石墨烯导电线供电网和深层地下铁道石墨烯列车车头上的深层地下铁道石墨烯通信系统由于采用了电阻很小的石墨烯新材料，其电子的运行速度大大加快，导电线供电网的输电速度和通信系统的工作效率大大提高。整个深层地下铁道的供电系统和通信系统可以高效运行。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：