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在科技日新月異的今天，柔性電子產(chǎn)品已經(jīng)深入到我們生活的方方面面。而在這其中，石墨烯以其獨(dú)特的柔韌性和優(yōu)良的電學(xué)性能，成為了科技界的新寵。近日，愛(ài)爾蘭的科研團(tuán)隊(duì)更是將石墨烯與兒童玩具Silly Putty（彩色橡皮泥）結(jié)合，創(chuàng)造出一種全新的復(fù)合材料，為醫(yī)療傳感器領(lǐng)域帶來(lái)了顛覆性的創(chuàng)新。
這種新型的石墨烯復(fù)合材料展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。在《Science》雜志上的一篇研究報(bào)告中，由愛(ài)爾蘭科學(xué)基金會(huì)贊助的都柏林三一學(xué)院 AMBER 材料科研中心發(fā)現(xiàn)，在低粘度材料如橡皮泥中添加納米片，其機(jī)電性能會(huì)產(chǎn)生巨大變化，從而形成一種極端敏感的應(yīng)變式傳感器。
這種新型應(yīng)變式傳感器的工作原理在于，當(dāng)對(duì)注入石墨烯的橡皮泥施加電壓時(shí)，即使是輕微的觸摸也會(huì)導(dǎo)致電流產(chǎn)生巨大變化。都柏林三一學(xué)院的教授 Jonathan Coleman 解釋說(shuō)：“如果將含有石墨烯的橡皮泥長(zhǎng)度拉伸1%，電流會(huì)調(diào)整5倍。非常小的機(jī)械變化都會(huì)產(chǎn)生巨大的電流變化?！?/strong>
盡管將石墨烯添加到聚合物中已經(jīng)進(jìn)行了大量嘗試，但將石墨烯用于應(yīng)變式傳感器尚屬首次。主要原因在于，之前沒(méi)有人相信這種柔軟的材料能產(chǎn)生如此強(qiáng)烈的增益效果。然而，Coleman 教授和他的團(tuán)隊(duì)成功地證明了這種復(fù)合材料的潛力。
“我們都知道人類在這方面的研究并不多，但我必須承認(rèn)的是，我們從未想過(guò)這種新型復(fù)合材料能呈現(xiàn)如此有趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。”Coleman 表示。
這種復(fù)合材料最清晰和最重要的應(yīng)用實(shí)例是測(cè)量脈搏和血壓。Coleman 教授表示：“我們能夠以相對(duì)直接的方式測(cè)量脈搏。盡管現(xiàn)在有許多醫(yī)療手段可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但我們的方法相對(duì)更加簡(jiǎn)單、便宜且具有持續(xù)性。”
然而，如何將這種復(fù)合材料設(shè)計(jì)成傳感設(shè)備是真正的挑戰(zhàn)。Coleman 解釋說(shuō)，要將其轉(zhuǎn)化為商品，必須擁有類似于智能手表的外形以便于佩戴在手腕上，并充分利用內(nèi)部的傳感材料進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，還需要電源來(lái)產(chǎn)生電流并檢測(cè)其中的變化，以及創(chuàng)建相應(yīng)的通信系統(tǒng)，將這些信號(hào)傳輸至移動(dòng)手機(jī)上，通過(guò)應(yīng)用來(lái)收集和分析數(shù)據(jù)。
據(jù) FPC廠了解，盡管 Coleman 和他的同事共同研發(fā)的應(yīng)變式傳感器的敏感度已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，但這項(xiàng)研究?jī)H僅只是提供了全新的復(fù)合材料制造方法。基于這項(xiàng)研究，未來(lái)將會(huì)誕生更敏感的傳感技術(shù)。在多項(xiàng)對(duì)石墨烯橡皮泥進(jìn)行的測(cè)試中，研究人員將其放置在人的胸部和頸部，用來(lái)測(cè)量呼吸、脈搏和血壓。研究結(jié)果表明，這種復(fù)合材料對(duì)于應(yīng)變式傳感器和壓力傳感器來(lái)說(shuō)擁有前所未有的靈敏度，是現(xiàn)有傳感器的數(shù)百倍。
“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，而且跟目前我們創(chuàng)建的傳感器相隔幾光年的距離?！?/strong>Coleman 表示。他還補(bǔ)充說(shuō)：“而且，這些特性事實(shí)上和這些柔軟的聚合物密切相關(guān)?！?/strong>
令人驚訝的是，此前在該領(lǐng)域?qū)⑹┖偷驼扯染酆衔锝Y(jié)合的研究幾乎沒(méi)有。這主要是因?yàn)橄萑肓怂季S誤區(qū)，嘗試?yán)檬┑娜彳浱匦詫⒉牧献兊酶?。因此在此前嘗試的融合中，往往選擇了質(zhì)地堅(jiān)硬的聚合物，在引入石墨烯之后并未得到預(yù)期效果，甚至某些復(fù)合材料反而變得更堅(jiān)硬了。盡管有嘗試過(guò)將石墨烯和柔軟的聚合物進(jìn)行整合，但此前從未將石墨烯嵌入到像橡皮泥這樣的柔軟聚合物中。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，愛(ài)爾蘭科研團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究不僅為醫(yī)療傳感器領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的創(chuàng)新，也為柔性電子產(chǎn)品的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。這種新型的石墨烯復(fù)合材料以其出色的柔韌性和超高的靈敏度，有望成為未來(lái)醫(yī)療設(shè)備和柔性電子產(chǎn)品的核心組件。隨著研究的深入和技術(shù)的成熟，我們期待這種顛覆性的新材料能夠早日從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，為人類的生活帶來(lái)更多便利和可能性。
