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石墨烯極高敏感性應(yīng)用突破橡皮泥也能變成傳感器

作者：中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司來源：http://m.chun-tian.cn 日期：2016-12-19 13:33:49

近日，愛爾蘭都柏林大學(xué)和英國曼徹斯特大學(xué)研究人員宣稱已利用橡皮泥制作出一種高敏感傳感器，并將研究成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志。研究人員Coleman教授表示，實驗所用的橡皮泥其實并沒有什么玄機，只是普通的有機硅聚合物，只不過是在其中內(nèi)置了1納米厚的石墨烯薄片。這種新型裝置叫做G-putty。

隨著人類科學(xué)對石墨烯相關(guān)研究的不斷開展，石墨烯憑借著高強度、高韌性以及優(yōu)越的導(dǎo)電能力在高端科技的應(yīng)用上不斷的完成突破。相關(guān)研究人員稱，石墨烯納米片在橡皮泥中會產(chǎn)生微小的帶電導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)，論文中的數(shù)據(jù)顯示當(dāng)加入的石墨烯達到總體積的15%時，導(dǎo)電性約為0.1S/m，并且其粘彈性可以保持很久。將G-putty與電機和計算機相連就可以測量裝置的電阻，而且石墨烯對于環(huán)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，靜止后電阻又恢復(fù)到原始值。據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知其靈敏度約為市面上最便宜的金屬傳感器的250倍。

此外，研究人員還表示這些電阻值可以用于多項測量工作，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域。當(dāng)G-putty接觸人的頸動脈皮膚時，軟脈沖足以對流經(jīng)石墨烯的電流進行干擾，從而產(chǎn)生電阻測量結(jié)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沖擊和變形，即使一只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(yè)化，因為G-putty可以低成本的輕易復(fù)制。

石墨烯對環(huán)境變化的極高敏感性使得石墨烯經(jīng)常出現(xiàn)在傳感器研究中。此前英國南安普頓大學(xué)和日本先進科學(xué)技術(shù)研究所的科學(xué)家研發(fā)了一種以石墨烯為原材料的傳感器，能檢測出室內(nèi)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(chǎn)生電阻“量子化”的波動，通過監(jiān)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。

相比目前的設(shè)備，石墨烯氣體傳感器生產(chǎn)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(yīng)用。石墨烯現(xiàn)階段可能最適合應(yīng)用于生物傳感器中，據(jù)中科院文獻情報中心研究人員介紹，石墨烯用于生物傳感器領(lǐng)域研究的重點集中在石墨烯電化學(xué)生物傳感器以及石墨烯光學(xué)生物傳感器。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球共有85個國家和地區(qū)開展了石墨烯用于生物傳感器的相關(guān)研究，其中中國SCI發(fā)文量位列第一。但也有研究人員表示，石墨烯生物傳感器尚處在實驗室階段。

筆者認為，隨著石墨烯一系列研究課題的不斷展開，其應(yīng)用范圍將會繼續(xù)擴大，將有望成為未來高端科技技術(shù)突破的關(guān)鍵點，以滿足傳統(tǒng)材料無法達到的性能特性。
來源：中自網(wǎng)

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