像彈簧一樣 石墨烯有望讓器件更靈活

剪紙藝術(shù)是屬于我國(guó)民間的一大瑰寶,不僅中國(guó)人會(huì)剪紙,美國(guó)康奈爾大學(xué)的物理學(xué)家也變身成為剪紙藝人,不過(guò),他們手中的“紙張”是只有一個(gè)原子厚的石墨烯,他們剪出來(lái)的可能是世界上最小的機(jī)器?的螤柎髮W(xué)卡夫利納米尺度科學(xué)研究所所長(zhǎng)保羅·麥克尤恩帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)表于最新的《自然》雜志的論文中,展示了如何將只有10微米厚的石墨烯(人的頭發(fā)大約是70微米厚)裁剪、折疊、扭轉(zhuǎn)和彎曲成多種造型,從而使剪紙藝術(shù)擴(kuò)展到了納米級(jí)。

 

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在這樣的微觀尺度上,石墨烯以及其他超薄材料會(huì)變得非常黏。因此,研究人員使用了一個(gè)慣常的小伎倆,使其更容易操縱:將石墨烯懸浮在加入表面活性劑的水中,就像滑滑的肥皂水一樣。他們制造了一個(gè)金拉環(huán)作為“手柄”,以便能夠抓住剪出造型后的石墨烯的末端。此外,研究人員還借來(lái)激光切割機(jī),按照設(shè)計(jì)建立紙模型,然后再用石墨烯將其制造出來(lái)。

他們用一張石墨烯薄片造出了一個(gè)柔軟彈簧,其工作方式就像一個(gè)非常靈活的晶體管。麥克尤恩說(shuō),拉開(kāi)這種彈簧所需的力,與一個(gè)動(dòng)力蛋白可能產(chǎn)生的力相當(dāng)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)入了生物力學(xué)范疇,為納米級(jí)彈性器件的應(yīng)用打開(kāi)了思路,如可以將其作為傳感器放置在人體細(xì)胞附近或在大腦中。

研究人員還演示了如何將石墨烯彎曲成簡(jiǎn)單的鉸鏈設(shè)計(jì),并量化了所需的力。他們發(fā)現(xiàn),打開(kāi)和關(guān)閉鉸鏈10000次,它仍然完全完好,伸縮自如,這對(duì)于納米尺度的可折疊機(jī)器和設(shè)備來(lái)說(shuō)可能是個(gè)有用的特性。

康奈爾大學(xué)一個(gè)相關(guān)的研究小組已經(jīng)獲得了美國(guó)國(guó)防部的資助,采用這項(xiàng)研究所展示的部分剪紙理論,圍繞類(lèi)似于石墨烯一樣的柔性材料繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。

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