石墨烯可剪成纳米机器 为弹性器件应用提供新思路

2015年08月06日 9:29 2618次浏览 来源:   分类: 新材料前沿

导读: 艺术可以将纸张剪成复杂的图案,比如雪花。美国康奈尔大学的物理学家也变身成为剪纸艺人,不过,他们手中的“纸张”是只有一个原子厚的石墨烯,他们剪出来的可能是世界上最小的机器。

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       艺术可以将纸张剪成复杂的图案,比如雪花。美国康奈尔大学的物理学家也变身成为剪纸艺人,不过,他们手中的“纸张”是只有一个原子厚的石墨烯,他们剪出来的可能是世界上最小的机器。 康奈尔大学卡夫利纳米尺度科学研究所所长保罗·麦克尤恩带领的研究团队在发表于最新的《自然》杂志的论文中,展示了如何将只有10微米厚的石墨烯(人的头发大约是70微米厚)裁剪、折叠、扭转和弯曲成多种造型,从而使剪纸艺术扩展到了纳米级。
       在这样的微观尺度上,石墨烯以及其他超薄材料会变得非常黏。因此,研究人员使用了一个惯常的小伎俩,使其更容易操纵:将石墨烯悬浮在加入表面活性剂的水中,就像滑滑的肥皂水一样。他们制造了一个金拉环作为“手柄”,以便能够抓住剪出造型后的石墨烯的末端。此外,研究人员还借来激光切割机,按照设计建立纸模型,然后再用石墨烯将其制造出来。
  他们用一张石墨烯薄片造出了一个柔软弹簧,其工作方式就像一个非常灵活的晶体管。麦克尤恩说,拉开这种弹簧所需的力,与一个动力蛋白可能产生的力相当。这项实验进入了生物力学范畴,为纳米级弹性器件的应用打开了思路,如可以将其作为传感器放置在人体细胞附近或在大脑中。
       研究人员还演示了如何将石墨烯弯曲成简单的铰链设计,并量化了所需的力。他们发现,打开和关闭铰链10000次,它仍然完全完好,伸缩自如,这对于纳米尺度的可折叠机器和设备来说可能是个有用的特性。
  康奈尔大学一个相关的研究小组已经获得了美国国防部的资助,采用这项研究所展示的部分剪纸理论,围绕类似于石墨烯一样的柔性材料继续进行技术开发。

责任编辑:徐婷

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