橡皮泥可制成超灵敏的传感器

人们很容易将 Silly Putty 视为儿童玩具。但这种有弹性的材料实际上表现出一些令人惊讶的特性：它是最柔软的塑料之一，既可以像液体又可以像固体一样流动，轻轻拉伸时会渗出，但被抛出时会像橡皮球一样从表面弹起。当你将 Silly Putty 与石墨烯（具有不同寻常物理特性的坚固导电碳片）混合时，它会变成一种非常灵敏的应变检测器，可以跟踪血压、心率，甚至蜘蛛的脚步声。

在都柏林圣三一学院乔纳森·科尔曼的研究小组中，这位科学家和他的团队研究了石墨烯等二维分子，并找到了这些平面纳米材料的应用。此外，科尔曼说，他的实验室喜欢做“厨房物理学”，这是一种传统，他们将家用物品融入到研究中，使其更有趣、更容易理解。

科尔曼说：“从这个角度来看，我的一个学生认为，‘好吧，傻瓜橡皮泥是一个儿童玩具，但它实际上只是一种聚合物，很多人将石墨烯与聚合物混合 - 那么我们为什么不将石墨烯与傻瓜橡皮泥混合，看看会发生什么呢？’”

那位研究生名叫康纳·博兰德（Connor Boland），他后来获得了博士学位。他在水中制作了一批石墨烯，并添加了橡皮泥聚合物。当他混合它们时，石墨烯片粘在聚合物上，形成了一种黑色粘稠物，研究人员称之为“g-putty”。

当他们让电流通过硅橡胶泥时（石墨烯注入的聚合物可以导电），他们发现了一种非凡的灵敏度。科尔曼说：“即使你用最轻微的压力或变形触摸它，电阻也会发生显著变化。即使你将硅橡胶泥拉伸或压缩到正常尺寸的百分之一，电阻也会发生五倍的变化。这是一个巨大的变化。”

这种变化使 g-putty 比其他变形检测材料的灵敏度高出约 500 倍，而其他变形检测材料对类似压缩的反应仅仅是电阻变化的 1%。该研究结果发表在《科学》杂志上。

这种材料可用于测量振动的机电传感器。具体来说，这种柔软的油灰是测量身体运动的完美选择。例如，柔软、不显眼的传感器可以跟踪婴儿的呼吸，而不会刺激或打扰孩子。科尔曼声称，将类似的传感器放置在脉搏点上，不仅可以测量心率，还可以测量血压。

血压变化通常先于患者状态的负面变化。因此，科尔曼说：“如果你能持续测量血压，你就有了一个测量某人健康状况的绝妙方法。这个传感器可以做到这一点，而且成本低廉。”他设想了一种腕带，可以将 g-putty 传感器固定在某人的手腕上，并在检测到血压明显上升或下降时向智能手机应用程序发送警报。

除了测量呼吸、心率和脉搏外，g-putty 还可以充当冲击传感器。为了证明它的灵敏度，Boland 哄骗一只蜘蛛走过腻子并测量它微小的脚步声。这比听起来要难。

“真正的问题是，当蜘蛛将一只脚踩在油灰上时，它一点也不喜欢这种感觉，所以它会朝另一个方向跑去，”科尔曼说。“很难让蜘蛛在油灰上停留足够长的时间，从而产生一连串的脚步声。”这个实验的寓意是什么？“永远不要和孩子或动物一起工作。”