石墨烯可剪成納米機(jī)器 為彈性器件應(yīng)用提供新思路
2015年08月06日 9:29 3550次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng) 分類： 新材料前沿
藝術(shù)可以將紙張剪成復(fù)雜的圖案，比如雪花。美國康奈爾大學(xué)的物理學(xué)家也變身成為剪紙藝人，不過，他們手中的“紙張”是只有一個(gè)原子厚的石墨烯，他們剪出來的可能是世界上最小的機(jī)器。 康奈爾大學(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)。
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。
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，拉開這種彈簧所需的力，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)備來說可能是個(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)獲得了美國國防部的資助，采用這項(xiàng)研究所展示的部分剪紙理論，圍繞類似于石墨烯一樣的柔性材料繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。
責(zé)任編輯：徐婷
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