技術領域

本發明涉及一種用石墨烯新材料建造的堅固高速信息化深層地下鐵道，屬于新材料應用技術領域。

背景技術

2010年諾貝爾物理學獎頒發給英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，因為這兩位物理學家“在二維石墨烯材料的開創性實驗”中取得成功，并從石墨中分離出可以單獨存在的石墨烯。

石墨烯的發現及其特性引起了世界各國研究人員的興趣。中國科學院、高等院校許多研究人員忙于做石墨烯實驗，寫石墨烯論文。江蘇省常州市人民政府更是一馬當前，于2011年9月1日出資成立江南石墨烯研究院。常州市委書記范燕青（無錫人）指出：石墨烯以其優異的性能和巨大的產業化前景，吸引著國內外眾多專家和院校的關注，投資石墨烯新技術的研發，就能占據石墨烯新材料科學技術的制高點。常州組建成立江南石墨烯研究院，并啟動建設常州市石墨烯科技產業園，目的就是為了使常州在石墨烯這一戰略性新興產業的競爭中贏得發展先機，為常州的轉型升級增添新動力。

本項專利的發明人繆同春在北京原石油工業部工作時，經常乘坐北京地鐵，?每年到上海參加太陽能會，也喜歡乘坐上海地鐵，目前，無錫正在建造地鐵一號線，無錫地鐵建造深度在地面以下20米左右，無錫巨力重工股份有限公司與德國海瑞克公司聯合制造的盾構機是世界領先的隧道掘進機械設備，盾構機每掘進一定距離后，挖出的空間需用拼接好的“管片”支護起來，使隧道一次成型。目前，中國建造的在地面至地面以下50米深之間的距離的地層內的淺層地下鐵道挖出的隧道空間需用拼接好的鋼鐵“管片”支護起來。在地面以下50米深至地面以下5000米深之間距離的地層內，地層壓力增加，地質情況復雜，只有用石墨烯新材料或石墨烯復合材料制造“管片”才能支護深層地下鐵道石墨烯隧道圓壁。

全世界人口的迅速增加和局部地區交通的擁擠，光靠淺層地下鐵道已不能解決交通問題。先進武器的出現，特別是鉆地導彈的鉆地深度的增加，也需要改變單一依賴淺層地下鐵道的格局。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺點，提供一種用石墨烯新材料建造的堅固高速信息化深層地下鐵道。

美國哥倫比亞大學一個研究組在“科學”雜志中宣布，石墨烯是現在世界上已知的最為堅固的材料。他們發現，在石墨烯樣品微粒開始碎裂前，其每100納米距離上可承受的最大壓力達到約2.9微牛。這一結果相當于施加55牛頓的壓力才能使1米長的石墨烯斷裂。中國科學院數學與系統科學研究院明平兵研究員及合作者的計算結果表明，預測石墨烯的理想強度為110GPa~121GPa，這意味著石墨烯是目前人類已知的最為牢固的材料，厚度約100納米的石墨烯膜，需要施加約兩萬牛頓的壓力才能將其扯斷，這充分表明石墨烯比鉆石還要堅硬。本項專利的發明人繆同春提出用石墨烯新材料在地面以下50米深至5000米深的地層內，用石墨烯盾構機掘進深層隧道，并用拼接好的石墨烯新材料或石墨烯復合材料制造“管片”支護深層地下鐵道石墨烯隧道圓壁。石墨烯新材料的發現和將來的大規模生產，為深層地下鐵道的建造奠定了堅實的科學基礎。

中國有許多適合建造深層地下鐵道的好地方：青藏高原（北緯25°—40°，東經74°—104°）是世界上最高的高原，平均海拔高度4500米，面積250萬平方公里，有“世界屋脊”和“第三極”之稱。黃土高原平均海拔2000米，內蒙古高原平均海拔1300米，云貴高原平均海拔1500米，都是建造深層地下鐵道立體網絡的好地方。毛澤東早就指示：“深挖洞”，石墨烯新材料是深挖洞的保障。伊拉克戰爭期間，伊軍坦克躲進淺層地道，被美軍的電子技術偵察到停放位置，飛機發射鉆地導彈命中坦克，地道不深不管用。在高原和一切具備地質條件的地區建造深層地下鐵道，對經濟建設和國防建設具有重大的意義。

石墨烯的電子遷移率不隨溫度而改變，在地層深處，無論溫度如何變化，石墨烯的電子遷移率大約都是15000㎝2／v·s，電子在石墨烯中的傳輸速度比在硅中快100倍，電子在石墨烯中的運動速度達到光速的1/300，深層地下鐵道石墨烯導電線供電網和深層地下鐵道石墨烯列車車頭上的深層地下鐵道石墨烯通信系統由于采用了電阻很小的石墨烯新材料，其電子的運行速度大大加快，導電線供電網的輸電速度和通信系統的工作效率大大提高。整個深層地下鐵道的供電系統和通信系統可以高效運行。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：