可以探測蜘蛛腳步的超級橡皮泥 Science 論文推薦

2021-01-20 科研圈

Silly putty，傻泥？？摻入石墨烯後，人家可是超級靈敏的 G-putty。



G-putty 不僅可以測量人的呼吸和血壓，甚至還能探測到蜘蛛輕微的腳步。

圖片來源於網絡


編譯 韓宇 卓思琪

審校 金莊維

 

給你一塊兒橡皮泥（silly putty），你能玩出什麼花樣？像這樣（圖左）？不服？算你厲害點兒，整一套植物大戰殭屍（圖右）總可以吧。但在你手裡，橡皮泥始終是橡皮泥，而科學家卻可以將它改造成「血壓計」，不僅玩出了驚人的技術突破，順便還能發一篇 Science。




這種靈敏度極高的超級橡皮泥被稱作 G-putty。那麼，是什麼讓橡皮泥變成了 G-putty？答案是石墨烯（graphene），一種現今所知最輕薄、最結實且極具韌性的材料。它由單層碳原子構成，具有良好的導電效果。



石墨烯

圖片來自網絡


都柏林三一學院的研究者將1納米厚的石墨烯薄片（大約20層）鑲嵌進具有黏彈性的矽氧烷聚合物（橡皮泥）中，這樣獲得的複合材料便擁有導電性，硬度也更高。由於聚合物基質的黏度較低，石墨烯納米薄層可以在基質中移動並響應變形，形成可移動的導電網絡。在複合材料發生力學變形時，導電網絡斷裂或重組，材料的電阻也發生相應的變化。因此，G-putty 就相當於壓力傳感器，對形變、壓力和撞擊具有極高的靈敏度。

 

研究者將 G-putty 通過電極與電腦相連來測量其電阻變化。他們發現，當 G-putty 靠近頸動脈處的皮膚時，一個輕微的脈衝就足以阻斷電流在石墨烯上的傳導，使材料的電阻迅速增加。研究者通過電阻變化就能清楚地測出頸動脈脈搏。此外，G-putty 還可以對呼吸及血壓進行持續監測，有可能替代臂式電子血壓計等傳統醫療器械。

 

最值得注意的是，G-putty 的靈敏度是目前市面上最便宜的金屬傳感器的250倍；它甚至可以感知到飛奔過去的蜘蛛。而且，G-putty 具有易生產和低成本的特點，有望實現商品化。或許在不久的將來，這種靈敏、輕巧、結實的超級橡皮泥便會在各行各業大顯身手。


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【原文連結】

http://www.sciencemag.org/news/2016/12/supercharged-silly-putty-can-detect-spider-footsteps



論文基本信息


【題目】Sensitive electromechanical sensors usingviscoelastic graphene-polymer nanocomposites

【作者】Boland C S, Khan U, Ryan G, et al.

【刊期】Science, Vol.354, Issue 6317, pp. 1257-1260

【日期】09 Dec 2016

【DOI】10.1126/science.aag2879

【摘要】Despite its widespread use innanocomposites, the effect of embedding graphene in highly viscoelastic polymermatrices is not well understood. We added graphene to a lightly cross-linkedpolysilicone, often encountered as Silly Putty, changing its electromechanicalproperties substantially. The resulting nanocomposites display unusualelectromechanical behavior, such as postdeformation temporal relaxation ofelectrical resistance and nonmonotonic changes in resistivity with strain.These phenomena are associated with the mobility of the nanosheets in thelow-viscosity polymer matrix. By considering both the connectivity and mobilityof the nanosheets, we developed a quantitative model that completely describesthe electromechanical properties. These nanocomposites are sensitiveelectromechanical sensors with gauge factors >500 that can measure pulse,blood pressure, and even the impact associated with the footsteps of a smallspider.

【原文連結】http://science.sciencemag.org/content/354/6317/1257


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