En töjningsmätare av penna och papper deformeras för att komprimera grafenätet.
(Phys.org)-Ibland kräver det inte en högteknologisk lösning att lösa ett problem. Ibland, du behöver inte leta längre än skrivbordet.
Tre studenter från Northwestern University McCormick School of Engineering - en grundutbildning, en masterstudent, och deras lärarassistent - har bevisat att pennor och vanligt kontorspapper kan användas för att skapa funktionella enheter som kan mäta påfrestningar och upptäcka farliga kemiska ångor.
Ett papper som beskriver deras resultat, "Penna dragna mätare och kemiresistorer på papper, "publicerades 22 januari Vetenskapliga rapporter , en öppen tidskrift från Nature Publishing Group.
Projektet har sitt ursprung hösten 2011 i McCormicks Introduction to Conducting Polymers -kurs (MSE 337) under en diskussion om grafens ledande egenskaper, ett tjockt kollager med en atom som kan analyseras från vanligt blyertslag. (En felaktig benämning, penna "bly" består faktiskt av grafit i ett lermedel.)
"När du ritar en linje på ett papper, grafiten kan kasta många grafenark, "sa Jiaxing Huang, docent i materialvetenskap och teknik som undervisade i kursen och som var en medförfattare på tidningen. "Frågade en elev, 'Kan vi använda den grafen till något?' Det inledde en undersökning av vad penna spår kan göra. "
Ett team av studenter-inklusive huvudförfattare Cheng-Wei Lin (MS material science '13) och Zhibo Zhao (BS materialvetenskap '13)-började med att mäta konduktiviteten hos ett pennspår på papper, använde sedan spåren för att skapa en rudimentär elektrod. De lärde sig att krulning av papperet i en riktning ökade spårets konduktivitet genom att komprimera de ledande grafenpartiklarna. Curling av papperet i den andra riktningen lossade grafenätet och minskade konduktiviteten.
En blyertsritad kemiresistor kan detektera förekomsten av farliga gaser.
Eleverna vände sig sedan till spåren efter en böjbar leksakspenna. (Dessa nyhetspennor är flexibla eftersom grafiten inte blandas med lera, men med ett polymerbindemedel.) Återigen, konduktivitet kan ökas och minskas genom att manipulera papperet, men eleverna fann att det också påverkades av förekomsten av flyktiga kemiska ångor, såsom de från giftiga industriella lösningsmedel.
När kemikalien är närvarande, polymerbindemedlet absorberar ångorna och expanderar, trycker isär grafenätet och minskar konduktiviteten. Konduktiviteten minskade mest i närvaro av ångor som lättare absorberas av polymerbindemedlet.
Dessa typer av kemiska sensorer - även kallade "kemiresistorer" - är viktiga element i "elektroniska näsor" för att upptäcka giftiga kemiska ångor. Vid skapandet av kemiresistorer, forskare använder ofta dyrare material, såsom nätverk av kolnanorör eller metallnanopartiklar, och måste sprida dem i polymermatris för att bilda ett nätverk.
"Nu visade våra elever att detta kan göras helt enkelt med penna och papper - och det fungerar, "Huang sa." Detta är ett bra exempel som visar hur nyfikenhet leder till innovativt arbete. "
Andra tillämpningar av penna-och-papper-tekniken kan vara mer okonventionella. "Det kan hjälpa till att inspirera någon ny form av konst, "Sa Huang." Kanske kan man göra "smarta" och interaktiva ritningar, där konsten i sig är kretsen och kan svara på miljön. "
Förutom Lin, Zhao, och Huang, Jaemyung Kim (PhD material science '13), som fungerade som undervisningsassistent för kursen, medförfattare av tidningen.
