有了石墨烯,黏土也能變感測器

有了石墨烯,黏土也能變感測器

愛爾蘭都柏林大學和英國曼徹斯特大學研究人員近日利用黏土製作出的一種高敏感感測器,這項研究成果近期發表於《科學》雜誌。研究人員Coleman教授表示實驗所用的黏土並沒有什麼玄機,就是普通的有機硅聚合物,其特殊之處在於黏土中內置了1奈米厚的石墨烯薄片。這種新型裝置叫做G-putty。

石墨烯是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜,是人類已知強度最高的物質,同時還具有高韌性以及優越的導電能力。石墨烯納米片在黏土中會產生微小的帶電導體網路,論文中的資料顯示當加入的石墨烯達到總體積的15%時,導電性約為0.1S/m,並且其粘彈性可以保持很久。

將G-putty與電機和電腦相連就可以測量裝置的電阻,而且石墨烯對於環境變化具有極高的敏感性,在輕微的變形或者壓力下裝置的電阻值會急劇增加,靜止後電阻又恢復到原始值。據實驗資料可知其靈敏度約為市面上最便宜的金屬感測器的250倍。

研究人員表示這些電阻值可以用於多項測量工作,尤其是醫療領域。當G-putty接觸人的頸動脈皮膚時,軟脈衝足以對流經石墨烯的電流進行干擾,從而產生電阻測量結果。研究人員將G-putty貼在了人體的胸部以及脖頸等位置,測量出了呼吸、心率以及血壓等人體指標。G-putty也可以用來檢測十分輕微的衝擊和變形,即使一隻小型蜘蛛爬過也能檢測到。研究人員正在努力將這項成果商業化,因為G-putty可以低成本的輕易複製。

石墨烯對環境變化的極高敏感性使得石墨烯經常出現在感測器研究中。之前英國南安普頓大學和日本先進科學技術研究所的科學家研發了一種以石墨烯為原材料的感測器,能檢測出室內空氣污染且精度極高。其原理是,石墨烯材料對二氧化碳分子的吸附和釋放會產生電阻「量子化」的波動,透過監測石墨烯材料的電阻值從而可以測算二氧化碳濃度。在實驗中,研究人員只花費了幾分鐘就檢測到濃度約為30ppb的二氧化碳氣體。

相比目前的裝置,石墨烯氣體感測器生產成本很低,但同時也具有選擇性低和水中毒等劣勢,它們限制了石墨烯在此方面的應用。石墨烯現階段可能最適合應用於生物感測器中,據中科院文獻情報中心研究人員介紹,石墨烯用於生物感測器領域研究的重點集中在石墨烯電化學生物感測器以及石墨烯光學生物感測器。統計資料顯示,全球共有85個國家和地區開展了石墨烯用於生物感測器的相關研究,其中中國SCI發文量位列第一。但也有研究人員表示,石墨烯生物感測器尚處在實驗室階段。

 

有了石墨烯,黏土也能變感測器

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