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柔性線路板之新型石墨烯復合材料,或?qū)㈩嵏册t(yī)療傳感器領域

2020-04-03 09:04

  目前涉及石墨烯的所有討論和研究,都是嘗試利用該材料的柔韌特性創(chuàng)建復合材料,應用在可穿戴和柔性電子上,不過柔性線路板小編發(fā)現(xiàn),目前大部分石墨烯復合材料都存在堅硬和不靈活的問題。

  據(jù)報道,日前來自愛爾蘭的科研團隊靈光乍現(xiàn),將石墨烯和兒童玩具Silly Putty(彩色橡皮泥)組合在一起,瞬間點燃了納米材料社區(qū)的激情。軟板廠獲悉,所產(chǎn)生的全新復合材料擁有廣泛的應用前景,科研團隊已經(jīng)承諾將制造用于醫(yī)療診斷行業(yè)的超敏應變式傳感器上。

  發(fā)表在《Science》雜志上的研究報告中,由愛爾蘭科學基金會贊助,總部設于都柏林三一學院的 AMBER 材料科研中心發(fā)現(xiàn),如果你在類似于橡皮泥這樣的低粘度材料中添加納米片,其機電性能就會產(chǎn)生巨大的變化。你會突然發(fā)現(xiàn)已經(jīng)擁有了一個極端敏感的應變式傳感器。

  當你對已經(jīng)注入石墨烯的橡皮泥施加電壓之后,哪怕是非常輕微的觸摸都會對電流產(chǎn)生非常大的變化。而這正是應變式傳感器的原理。

  負責該項目的都柏林三一學院教授Jonathan Coleman說道:“如果將含有石墨烯的橡皮泥長度拉伸1%,那么電流就會調(diào)整5倍。非常小的機械變化都會產(chǎn)生巨大的電流變化。”盡管將石墨烯添加到聚合物中已經(jīng)進行了大量的嘗試,但是將石墨烯用于應變式傳感器尚屬首次,意味著石墨烯翻開了新的篇章。而主要的原因在于,沒有人會相信這個柔軟的材料能夠迸發(fā)出如此強烈的增益效果。

新型石墨烯復合材料,或?qū)㈩嵏册t(yī)療傳感器領域

  “我們都知道人類在這方面的研究并不多,”Coleman說道:“但是我必須承認的是,我們從未想過這種新型復合材料能呈現(xiàn)如此有趣的實驗結(jié)果。”

  盡管Coleman堅信未來這種復合材將廣泛應用于醫(yī)療傳感領域,但截至目前,最明晰最重要的實例就是測量脈搏和血壓。Coleman說道:“我們能夠以相對直接的方式的來測量脈搏。盡管現(xiàn)在有豐富的醫(yī)療手段實現(xiàn),但是我們的方法相對更加簡單、便宜且具有持續(xù)性。”

  “這項復合材料投入商用的首個挑戰(zhàn)就是材料的供應,不過我認為這并不是問題。”Coleman說道:“市場上有很多石墨烯的商業(yè)供應商,能夠大批量供應這種材料。而且,橡皮泥是常見且容易獲得的材料的。而兩種材料的組合程序也相當?shù)暮唵危匀豢梢怨I(yè)化。所以,制造這種復合材料沒有問題。”

  而如何將這種復合材料設計成傳感設備才是真正的挑戰(zhàn)。Coleman解釋道,轉(zhuǎn)換成為商品,必須擁有類似于智能手表樣的外形以便于佩戴在手腕上,充分利用內(nèi)部的傳感材料進行監(jiān)測。然后,你需要電源來產(chǎn)生電流并檢測其中的變化。還有需要創(chuàng)建相應的通信系統(tǒng),將這些信號傳輸至移動手機上,通過應用來收集和分析數(shù)據(jù)。
  盡管Coleman和他的同事共同研發(fā)的應變式傳感器的敏感度已經(jīng)不錯,但是FPC廠了解到,他堅信當前的研究成果僅僅只是提供了全新的復合材料制造方法,基于這項研究,未來將會誕生更敏感的傳感技術(shù)。

  在對石墨烯橡皮泥進行的多項測試中,研究人員將這種符合材料分別放置在人的胸部和頸部,用來測量呼吸、脈搏和血壓。研究結(jié)果表明,對于應變式傳感器和壓力傳感器來說,這種復合材料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),當你將石墨烯和此類極軟聚合物組合在一起的時候,它們不僅完全勝任應變式傳感器的角色,而且跟目前我們創(chuàng)建的傳感器相隔幾光年的距離。”Coleman表示:“而且,這些特性事實上和這些柔軟的聚合物密切相關(guān)。”

  另人感到驚訝的是,此前在該領域?qū)?a href="http://www.jiuliangfeng.com/">石墨烯和低粘度聚合物結(jié)合的研究幾乎沒有。這主要是因為陷入了思維誤區(qū),嘗試利用石墨烯的柔軟特性將材料變得更軟。因此在此前嘗試的融合中,往往選擇了質(zhì)地堅硬的聚合物,在引入石墨烯之后并未得到預期,甚至某些復合材料反而變得更堅硬了。

  盡管有嘗試過將石墨烯和柔軟的聚合物進行整合,但此前沒有將石墨烯嵌入到像橡皮泥這樣的柔軟聚合物中。

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