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石墨烯極高敏感性應用突破橡皮泥也能變成傳感器

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

近日，愛爾蘭都柏林大學和英國曼徹斯特大學研究人員宣稱已利用橡皮泥制作出一種高敏感傳感器，并將研究成果發表于《科學》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。

隨著人類科學對石墨烯相關研究的不斷開展，石墨烯憑借著高強度、高韌性以及優越的導電能力在高端科技的應用上不斷的完成突破。相關研究人員稱，石墨烯納米片在橡皮泥中會產生微小的帶電導體網絡，論文中的數據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，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，靜止后電阻又恢復到原始值。據實驗數據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，尤其是在醫療領域。當G-putty接觸人的頸動脈皮膚時，軟脈沖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化，因為G-putty可以低成本的輕易復制。

石墨烯對環境變化的極高敏感性使得石墨烯經常出現在傳感器研究中。此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傳感器，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，通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。

相比目前的設備，石墨烯氣體傳感器生產成本很低，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于生物傳感器中，據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域研究的重點集中在石墨烯電化學生物傳感器以及石墨烯光學生物傳感器。統計數據顯示，全球共有85個國家和地區開展了石墨烯用于生物傳感器的相關研究，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，其應用范圍將會繼續擴大，將有望成為未來高端科技技術突破的關鍵點，以滿足傳統材料無法達到的性能特性。
來源：中自網

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