可以探测蜘蛛脚步的超级橡皮泥 | Science 论文推荐
Silly putty，傻泥？？掺入石墨烯后，人家可是超级灵敏的 G-putty。
G-putty 不仅可以测量人的呼吸和血压，甚至还能探测到蜘蛛轻微的脚步。
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编译 韩宇 卓思琪
审校 金庄维
给你一块儿橡皮泥（silly putty），你能玩出什么花样？像这样（图左）？不服？算你厉害点儿，整一套植物大战僵尸（图右）总可以吧。但在你手里，橡皮泥始终是橡皮泥，而科学家却可以将它改造成“血压计”，不仅玩出了惊人的技术突破，顺便还能发一篇 Science。
这种灵敏度极高的超级橡皮泥被称作 G-putty。那么，是什么让橡皮泥变成了 G-putty？答案是石墨烯（graphene），一种现今所知最轻薄、最结实且极具韧性的材料。它由单层碳原子构成，具有良好的导电效果。
石墨烯
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都柏林三一学院的研究者将1纳米厚的石墨烯薄片（大约20层）镶嵌进具有黏弹性的硅氧烷聚合物（橡皮泥）中，这样获得的复合材料便拥有导电性，硬度也更高。由于聚合物基质的黏度较低，石墨烯纳米薄层可以在基质中移动并响应变形，形成可移动的导电网络。在复合材料发生力学变形时，导电网络断裂或重组，材料的电阻也发生相应的变化。因此，G-putty 就相当于压力传感器，对形变、压力和撞击具有极高的灵敏度。
研究者将 G-putty 通过电极与电脑相连来测量其电阻变化。他们发现，当 G-putty 靠近颈动脉处的皮肤时，一个轻微的脉冲就足以阻断电流在石墨烯上的传导，使材料的电阻迅速增加。研究者通过电阻变化就能清楚地测出颈动脉脉搏。此外，G-putty 还可以对呼吸及血压进行持续监测，有可能替代臂式电子血压计等传统医疗器械。
最值得注意的是，G-putty 的灵敏度是目前市面上最便宜的金属传感器的250倍；它甚至可以感知到飞奔过去的蜘蛛。而且，G-putty 具有易生产和低成本的特点，有望实现商品化。或许在不久的将来，这种灵敏、轻巧、结实的超级橡皮泥便会在各行各业大显身手。
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【原文链接】
http://www.sciencemag.org/news/2016/12/supercharged-silly-putty-can-detect-spider-footsteps
论文基本信息
【题目】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.
【原文链接】http://science.sciencemag.org/content/354/6317/1257
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