戀夜直播app官方正版下载_戀夜直播高品质美女在线视频互动社区_戀夜直播官方版

閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
深度解讀

石墨烯與橡皮泥的結(jié)合,造就出優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電性的高靈敏傳感器

星之球科技 來(lái)源:《科學(xué)》2017-01-11 我要評(píng)論(0 )   

來(lái)自愛(ài)爾蘭都柏林三一學(xué)院材料科學(xué)研究中心(AMBER)的研究人員發(fā)現(xiàn)橡皮泥能夠同時(shí)表現(xiàn)出彈性固體和液體的特質(zhì),而且在結(jié)合石墨烯后,這種特性愈加明顯。于是,研究人員...

來(lái)自愛(ài)爾蘭都柏林三一學(xué)院材料科學(xué)研究中心(AMBER)的研究人員發(fā)現(xiàn)橡皮泥能夠同時(shí)表現(xiàn)出彈性固體和液體的特質(zhì),而且在結(jié)合石墨烯后,這種特性愈加明顯。于是,研究人員將兩種材料——石墨烯和橡皮泥(SillyPutty)混合,得到了一種優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電性的高靈敏傳感器。
 
自從2004年,石墨烯被分離出后,科學(xué)家就開(kāi)始在不同材料中加入這些碳原子,獲得其中的高韌性和導(dǎo)電性,創(chuàng)造出復(fù)合性材料。但實(shí)際上,雖然石墨烯被廣泛應(yīng)用于納米復(fù)合材料中,卻很少有嘗試用“高粘彈性”物質(zhì)比如橡皮泥與之混合。來(lái)自愛(ài)爾蘭都柏林三一學(xué)院材料科學(xué)研究中心(AMBER)的研究人員發(fā)現(xiàn)橡皮泥能夠同時(shí)表現(xiàn)出彈性固體和液體的特質(zhì),而且在結(jié)合石墨烯后,這種特性愈加明顯。于是,研究人員將兩種材料——石墨烯和橡皮泥(SillyPutty)混合,得到了一種優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電性的高靈敏傳感器。這項(xiàng)研究是由三一學(xué)院的JonathanColeman教授和曼徹斯特大學(xué)的RobertYoung教授所領(lǐng)導(dǎo),研究成果已經(jīng)刊登在近期出版的《科學(xué)》雜志上。
 
Coleman表示:“我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)你將石墨烯和此類極軟聚合物組合在一起的時(shí)候,它們不僅完全勝任應(yīng)變式傳感器的角色,而且與目前我們創(chuàng)建的傳感器相隔幾光年的距離。而且這些特性事實(shí)上和這些柔軟的聚合物密切相關(guān)。令人意外的是,此前在該領(lǐng)域,往往選擇質(zhì)地堅(jiān)硬的聚合物與石墨烯,而結(jié)果得到的復(fù)合物反而更加堅(jiān)硬。”
 
G-putty
 
研究團(tuán)隊(duì),一直致力于研究二維分子如石墨烯和平面納米材料的應(yīng)用前景。該團(tuán)隊(duì)也有進(jìn)行“廚房物理學(xué)”(kitchenphysics)——就是利用生活常用的電器及隨處可得的材料做簡(jiǎn)易科學(xué)實(shí)驗(yàn)。他們常常將普通家居用品應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)中使研究變得更加容易。因此,SillyPutty這種兒童橡皮泥玩具才成為了此次工作的研究對(duì)象。“我很愿意說(shuō),這一切都經(jīng)過(guò)了周密的計(jì)劃,但事實(shí)并非如此。”Coleman教授在接受采訪時(shí)表示,“我們課題組已經(jīng)形成了一個(gè)傳統(tǒng),很愿意在科學(xué)研究里嘗試那些家用的東西。”
 
研究人員將石墨烯納米片(長(zhǎng)200-800nm、個(gè)原子層厚度)分散在水中,然后加入橡皮泥(Silly Putty)。當(dāng)兩種材料混合后,石墨烯薄片粘附在聚合物中變成了一種黑色的粘性物,研究團(tuán)隊(duì)稱之為“G-putty”。在測(cè)試G-putty中,研究人員們向石墨烯和SillyPutty的混合物施加電流時(shí),他們觀察到這種摻雜了石墨烯的聚合物非常敏感。“去觸碰它或發(fā)生了變形,G-putty電阻都會(huì)發(fā)生顯著的變化。”Colema解釋到。
 
只需要將這種材料拉伸或壓縮到它普通大小的1%,其電阻都會(huì)發(fā)生5倍的變化。如果是以同樣的速度來(lái)拉伸或者壓縮其他用于檢測(cè)變形的材料,它們的電阻只會(huì)發(fā)生1%的變化。石墨烯納米片在橡皮泥中會(huì)產(chǎn)生微小的帶電導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò),當(dāng)加入的石墨烯達(dá)到總體積的15%時(shí),導(dǎo)電性約為0.1S/m,并且其粘彈性可以保持很久。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,其靈敏度約為市面上最便宜金屬傳感器的250倍。通常,隨著時(shí)間的推移,電阻隨著SillyPutty自愈而逐漸恢復(fù)到其原始值。
 
此外,Colema團(tuán)隊(duì)特別地觀察了G-putty對(duì)拉里和壓縮變形的電氣反應(yīng)。試驗(yàn)中,部分電阻改變是在低拉力下會(huì)直線增長(zhǎng),隨后在高拉力下極速下降,永遠(yuǎn)降到初始值以下,這與隨著拉力的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的單調(diào)變化完全不同。所以,G-putty也可以用做應(yīng)變感應(yīng)器(strainsensor)使用。我們繪制了電阻與拉力關(guān)系圖,觀察到在低拉力下,電阻增加,隨后明顯下降。
 
醫(yī)療應(yīng)用
 
當(dāng)研究人員把一塊G-putty接通電源,放在一位學(xué)生身上,他頸動(dòng)脈的跳動(dòng)能夠清晰地體現(xiàn)在電阻的變化中。事實(shí)上,脈搏跳動(dòng)的情況可以精細(xì)到能夠?qū)⑺D(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)確的血壓讀數(shù)。同時(shí),如果將傳感器放在學(xué)生的胸部,它也能夠監(jiān)測(cè)他的呼吸情況。為了進(jìn)一步測(cè)試G-putty的靈敏性,研究人員們讓一只蜘蛛走過(guò)材料,然后測(cè)量了它的腳步。意大利博洛尼亞國(guó)家研究委員會(huì)的材料科學(xué)家VincenzoPalermo表示:“它們真正廣泛地印證了G-putty是多么的應(yīng)用廣泛,我認(rèn)為這是一項(xiàng)非常卓越而獨(dú)創(chuàng)的發(fā)明。”另一方面,我們測(cè)試了G-putty作為碰撞傳感器(impact sensor)的表現(xiàn)。我們?cè)诓煌叨热酉虏煌|(zhì)量的球,結(jié)果電阻波形圖顯示,沖擊下快速下降,隨后開(kāi)始持續(xù)性的冪律衰減。
 
石墨烯是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜,是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì),同時(shí)具有高韌性和優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電能力。研究人員將石墨烯加入輕度交聯(lián)多晶硅中(SillyPutty),其電機(jī)屬性將被大幅度地改變,所產(chǎn)生的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出不同尋常的電機(jī)現(xiàn)象,比如電阻力變形后期的短暫松弛,以及電阻率的非單調(diào)變化。這些現(xiàn)象都與低粘度聚合物集體納米片的流動(dòng)性有關(guān)。Coleman的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),石墨烯薄膜在橡皮泥內(nèi)形成一個(gè)操作網(wǎng),然后又將材料扭曲變形,將網(wǎng)絡(luò)破壞分離,快速提升電阻力。G-putty的低粘度使得石墨烯碳層再次回到原位置并形成網(wǎng)絡(luò)。研究人員稱:“這是一個(gè)自我修復(fù)的現(xiàn)象。”
 
Coleman正在與有興趣的醫(yī)療器械公司商談,將G-putty運(yùn)用于持續(xù)性生理檢測(cè)系統(tǒng)中。比如,血壓測(cè)量通常依靠體積較大的護(hù)腕纏在病人手臂上,并只能提供快照讀書(shū)。這樣一個(gè)低價(jià)、小巧無(wú)創(chuàng)的傳感器就能讓病人在家中輕松監(jiān)測(cè)。還有公司比如諾基亞,有興趣將石墨烯傳感器運(yùn)用到保健領(lǐng)域中。
 
不過(guò)目前,G-putty還需要跨過(guò)一系列的障礙,其中包括證明G-putty能夠進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn),并且在商業(yè)化之前,需要在實(shí)際檢測(cè)中評(píng)估它長(zhǎng)期的表現(xiàn)。“對(duì)于在實(shí)際的應(yīng)用中,你需要它以同樣的方式工作千百遍。”Palermo這樣說(shuō)道。現(xiàn)在,G-putty在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)確實(shí)遇到了一個(gè)小困難。Boland想要在兩只蜘蛛之間進(jìn)行一個(gè)對(duì)比測(cè)試,可是當(dāng)他返回去看在兩只蜘蛛在無(wú)人看管的條件下,其中較大的蜘蛛已經(jīng)將另一只蜘蛛吃掉了。Coleman說(shuō)他之前并沒(méi)有想到用動(dòng)物進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)會(huì)遇到這樣的困難。不過(guò),目前常見(jiàn)的應(yīng)用是添加石墨烯到塑料里以提高導(dǎo)電、機(jī)械、導(dǎo)熱或阻隔性能,所得到的復(fù)合材料的表現(xiàn)如預(yù)期一樣,沒(méi)有太大的驚喜。但是G-putty具有在任何其他復(fù)合材料中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的這種獨(dú)特的性質(zhì),這將為傳感器制造開(kāi)辟另一個(gè)全新的領(lǐng)域。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

石墨烯橡皮泥傳感器
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來(lái)源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來(lái)源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書(shū)面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀