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带有石墨烯的烤面包,要不要来一口?

日期:2018/2/24
来源:DeepTech深科技

   莱斯大学的科学家们曾经研发出激光诱导石墨烯(LIG),而现在他们改进了技术,研制出了可能成为新一代食用电子产品的技术。

  在莱斯实验室内,化学家James Tour曾经把普通饼干转化成了石墨烯,而今他正在研究如何将石墨烯融入食物和其他材料,以便将导电标识和传感器快速嵌入产品本身。

  “这不是墨水,”Tour表示。“这就是把材料本身,(用技术)将其转换成石墨烯。”

  整套流程延伸了Tour实验室提出的论点,即任何具有适当碳含量的物质都可以变成石墨烯。近年来,该实验室使用商业激光技术来转化廉价聚合物膜的顶层,用来制造石墨烯泡沫。新的方法就是在此基础上开发和扩展的。

  图丨博士生Yieu Chyan(左)和Tour教授(右)

  泡沫由石墨烯(二维碳结构)的微观交联薄片组成。激光诱导石墨烯可以被写入目标材料中,用途包括超级电容、燃料电池中的电催化剂、射频识别(RFID)天线和生物传感器,同时还有其他潜在应用。

  美国化学学会期刊《ACS Nano》刊登了这项新的成果,激光诱导石墨烯可以融入纸张,纸板,布料,煤炭和某些食物中,甚至包括烤面包片。美国空军研究实验室支持了这项研究。

  “很多时候,在我们没有将某些东西变为现实的时候,它的优点是不为人知的。”Tour说。“在未来,也许所有的食物都会有一个微小的RFID标签,可以告诉你它曾去过哪里,存放的时间,来自哪个国家和城市,以及到达餐桌的途径。”

  图丨准备将样品表面转化为激光诱导石墨烯

  他表示,激光诱导石墨烯标签也可以成为传感器,来检测食物上的大肠杆菌或其他微生物。“它们可以亮起,传达出一个信号—不要食用这个食物,”Tour说。“这些(信息)不再需要用食物包装上的标签,而是用食物本身。”

  研究人员利用散焦光束和多重激光,可将石墨烯图案蚀刻在布料、纸张、土豆、椰子壳、软木和烤面包片上。面包要首先经过烘烤以“碳化”表面。整个过程在空气中和室温下就可以进行。

  “在某些情况下,多重激光可能会产生两步反应,”Tour表示。“首先,激光将目标表面光热转化为无定形碳。在随后的激光传递过程中,红外线的选择性吸收将无定形碳转变为石墨烯。我们发现波长的影响很明显。”

  研究人员发现,单纯地增大激光功率,并不能在椰子壳或其它有机材料上制造出更好的石墨烯,他们便把注意力转向了多重激光和散焦。通过调整流程,他们在经过两次激光照射的椰子壳上,刻制了一个“R”形微型超级电容。

  在一次光栅扫描中,更宽的光束允许对目标上的每个点进行多次激光照射,因此散焦激光可以加速很多材料的蚀刻过程。Tour表示,这允许我们对产品进行精细控制。散焦使他们能够将之前不适合的聚醚酰亚胺转化为石墨烯。

  图丨在添加了阻燃剂的布料上,刻着一只石墨烯猫头鹰

  “我们还发现在面包,纸张或布料中加入阻燃剂,可以促进无定形碳的形成,”该论文的联合主要作者,莱斯大学研究生Yieu Chyan说。“现在我们可以将所有材料都置于空气中,直接进行转换,无需使用可控气氛箱或更复杂的方法。”

  Tour表示,所有目标材料的共同点似乎都是木质素。木质素是一种构成刚性细胞壁的复杂有机聚合物,早期的一项研究用它作为在烤干木材中烧制石墨烯的碳前体。软木,椰子壳和土豆皮含有更多的木质素,这使得它们更容易转换成石墨烯。

  可穿戴电子产品可能是该技术的早期市场。Tour说,“这项技术可以将导电迹线放在衣服上,无论你是想加热衣服,还是加入传感器或者导电图案。”

关键字:石墨烯
[责任编辑:seven]
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