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- 橡皮泥里摻進(jìn)石墨烯變身超靈敏壓力傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2017/1/16
用石墨烯和橡皮泥制成的傳感器，可以24小時實(shí)時監(jiān)測血壓。只需加入少許石墨烯，就可以把橡皮泥變?yōu)?a href="http://m.yyjsjy.net/sensors/chuanganqi1_0.html" target="_blank" title="">壓力傳感器。這種傳感器異常靈敏，不但可以監(jiān)測人體脈搏，甚至還能探查到一只小蜘蛛的腳步。
這種石墨烯橡皮泥被稱作“G-putty”，研發(fā)者希望基于它開發(fā)持續(xù)監(jiān)測血壓的設(shè)備。此外G-putty還表現(xiàn)出了自我修復(fù)的能力，預(yù)示著它可能成為更智能的石墨烯復(fù)合材料。
自2004年首次分離出石墨烯，研究人員就嘗試將這些碳原子薄層添加到各種材料中，希望創(chuàng)造出能從石墨烯的高強(qiáng)度和極佳導(dǎo)電性中受益的復(fù)合材料。但令人驚訝的是，幾乎還沒有人嘗試將石墨烯與橡皮泥這樣的黏彈性（viscoelastic）材料混合。橡皮泥同時表現(xiàn)出彈性固體和液體的特征，比如將一塊橡皮泥放在一個洞上，它會慢慢地滲漏過去。
在都柏林三一學(xué)院（Trinity College Dublin）Jonathan Coleman納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室工作的研究員Conor Boland表示，他好奇將石墨烯和橡皮泥混合后會發(fā)生什么�！拔液芟Ｍf，該想法是仔細(xì)構(gòu)思得來的，但并不是，” Coleman笑著說，“因?yàn)槲覀冋糜羞@么個傳統(tǒng)——將家用器具用于科學(xué)研究中。”(他的團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)現(xiàn)，用廚房中的攪拌器快速攪拌石墨，可以獲得石墨烯。)
Jonathan Coleman和他的兒子正在擺弄G-putty。圖片來源：都柏林三一學(xué)院
研究人員將大約20層原子厚， 800納米長的石墨烯薄片與自制的橡皮泥（一種有機(jī)硅聚合物）混合，得到能導(dǎo)電的深灰色G-putty。這種材料關(guān)鍵的一個特點(diǎn)是，即使研究人員僅施加微弱的壓力，它的電阻也會發(fā)生極大變化。這種橡皮泥比其他納米復(fù)合材料傳感器至少敏感10倍。
研究人員將一塊G-putty連上導(dǎo)線，放在一個學(xué)生的頸部，通過電阻變化就能清楚地測出他的頸動脈脈搏。事實(shí)上，脈沖輪廓非常精細(xì)，可被轉(zhuǎn)換為精確的血壓讀數(shù)。該傳感器也可以放在學(xué)生的胸部，監(jiān)測呼吸。另外，有點(diǎn)匪夷所思的是，它還能記錄下一只體重僅有20毫克的蜘蛛落下的每一個腳步。
“他們充分證明了這種材料的多功能性，” 意大利國立研究委員會的材料科學(xué)家Vincenzo Palermo說，“我認(rèn)為這是個了不起的工作，非常新穎�！边@項(xiàng)研究發(fā)表在了《科學(xué)》上。
Coleman的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，石墨烯薄片在橡皮泥中形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，橡皮泥變形會破壞該網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致電阻迅速增加。接著，由于G-putty黏度較低，石墨烯薄片可以移回原位置，并重組網(wǎng)絡(luò)。“這是一種自愈現(xiàn)象�！� Coleman解釋道。
Coleman已經(jīng)在與有興趣用G-putty進(jìn)行持續(xù)生理監(jiān)測的醫(yī)療器械公司商談。例如，病人通常需要戴上笨重的護(hù)腕測量血壓，并只能得到一個瞬時讀數(shù)。但G-putty這樣價廉而小巧的非侵入式傳感器，能讓病人在家里輕輕松松監(jiān)測血壓。
Sanna Arpiainen是研究石墨烯的資深科學(xué)家，在赫爾辛基（Helsinki）附近的一個大型合同研究組織VTT工作，她說一些公司，比如諾基亞（Nokia）對石墨烯傳感器的健康應(yīng)用很感興趣。但她警告道，在將G-putty商業(yè)化之前，還需克服一系列障礙——包括證明它可以大規(guī)模批量生產(chǎn)，以及通過測試來評估其長期性能。Palermo對此表示贊同：“對于實(shí)際應(yīng)用，你需要它以相同方式運(yùn)行成千上萬次。”
在進(jìn)行G-putty實(shí)驗(yàn)時，研究人員遇到了一個意想不到的阻礙。Boland本想在兩只蜘蛛之間進(jìn)行比較測試，但他發(fā)現(xiàn)稍不注意，那只稍大些的蜘蛛已經(jīng)將它的小伙伴吞入腹中了�！彼麤]有預(yù)料到和動物一起工作會遇到這種困難�！� Coleman說。
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