Графен превратил пластилин в датчик давления

Физики из Великобритании и Ирландии создали чувствительный датчик давления на основе графена и детского «умного пластилина». По словам ученых, он способен уловить даже самые малейшие колебания — вплоть до шагов паука. Работа исследователей опубликована в журнале Science.

Графен представляет собой углерод в форме гексагональной решетки толщиной в один атом. Из-за своей необычной легкости, прочности, тепло- и электропроводности этот материал активно изучается исследователями. Например, физики часто соединяют графеновые листы с другими химическими элементами и веществами в надежде получить уникальный композитный материал, который можно будет использовать в медицине, электронике и ряде других областей. Однако ученые до сих пор почти не смешивали графен с так называемыми «вязкоэластичными» полимерами, хотя, исследования показывают, что в таких соединениях его механические и электрические свойства будут усиливаться.

Авторы новой работы добавили тонкие листы графена длиной до 800 нанометров в самодельный «умный пластилин», изготовленный из борной кислоты и силиконового масла. В результате он превратился из мягкого и податливого вещества в более твердый, но очень чувствительный к внешнему воздействию материал. Как замечают исследователи, графеновый пластилин обладал необычными свойствами: его электрическое сопротивление резко возрастало даже при малейшей деформации, а после прекращения механического воздействия постепенно возвращалось к своему исходному значению. Это происходило из-за того, что графеновые «хлопья» формировали электропроводную сеть внутри «умного пластилина», которая разрушалась при оказании давления и восстанавливалась по мере того, как графен возвращался в свое прежнее положение в вязком полимере.

Физики использовали графеновый пластилин для создания миниатюрного датчика растяжения, который измеряет давление. С его помощью исследователи смогли определить частоту пульса у одного из лаборантов: для этого он прислонил к шее кусочек материала с электродами, которые были подключены к компьютеру. Слабое механическое давление, создаваемое пульсом, значительно меняло электрическое сопротивление графенового пластилина, что хорошо прослеживалось на графике и позволило дополнительно вычислить артериальное давление испытуемого. Авторы работы также использовали датчик для регистрации шагов паука весом всего 20 миллиграмм.

Исследователи замечают, что материал примерно в 250 раз чувствительнее самого дешевого на рынке датчика давления на основе металла (к этому типу относятся, например, широко распространенные тензодатчики). Это позволяет использовать его при создании недорогих и более совершенных устройств для измерения давления или дыхания пациентов. На данный момент ученые уже ведут переговоры с несколькими медицинскими компаниями.

Недавно корейские и американские ученые разработали носимое устройство из графена и золота, которое способно автоматически измерять уровень глюкозы и при необходимости вводить сахароснижающий препарат. Кроме того, в июне появился браслет, который поможет отслеживать состояние пациентов с астмой, а также уровень опасных веществ в окружающем воздухе. Их повышенное содержание может порой привести к критическому состоянию у людей даже не страдающих от заболевания.

Кристина Уласович