一、科學(xué)背景

鑒于液相剝離（LE）方法的發(fā)展，研究人員開始在大規(guī)模上生產(chǎn)二維（2D）材料。LE方法通過(guò)將層狀晶體剝離成單層或多層納米片，可以制備出高質(zhì)量的2D材料。特別是剪切剝離方法的出現(xiàn)，使得LE方法更具成本效益，因?yàn)樗梢岳眉矣檬称芳庸て骶邅?lái)實(shí)現(xiàn)。然而，即使LE方法已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但對(duì)于低收入機(jī)構(gòu)、第三世界國(guó)家和公民科學(xué)倡議而言，仍然存在一些困難。因?yàn)槌思羟性O(shè)備之外，通常在研究中應(yīng)用的凈化儀器（例如離心機(jī)）、剝離介質(zhì)（如溶劑或去離子水）和工業(yè)石墨源等仍然經(jīng)濟(jì)上具有排他性。

為了解決這些問(wèn)題，薩塞克斯大學(xué)數(shù)學(xué)與物理科學(xué)學(xué)院Conor S. Boland教授在npj 2D Materials and Applications頂刊發(fā)題為“Hometronics – accessibleproduction of graphene suspensions for health sensing applications using onlyhousehold items”的研究論文。他們提出了一種新的方法，即利用家庭用具制備石墨烯懸浮液和納米復(fù)合材料。他們利用家用食品加工器具對(duì)鉛筆進(jìn)行剝離，通過(guò)混合所得的粉末與溶劑，成功地將高質(zhì)量的石墨烯分散在自來(lái)水中。通過(guò)使用家庭用品制備的石墨烯，他們還展示了可以制備出一種名為鉛筆黏土（p-putty）的納米復(fù)合材料，該材料在健康應(yīng)用中具有重要意義。

二、研究?jī)?nèi)容

在圖1中，研究者通過(guò)家用食品加工器具剝離鉛筆芯，并在攪拌機(jī)中進(jìn)行液相剝離（LE），以制備高質(zhì)量的石墨烯懸浮液。圖中的各部分展示了實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果：圖1a顯示了利用鉛筆制備石墨烯的方案；圖1b-d展示了鉛筆和攪拌機(jī)的實(shí)驗(yàn)工具，以及剝離后的穩(wěn)定石墨烯懸浮液；圖1f展示了原子力顯微鏡（AFM）下石墨烯納米片的形貌；圖1g則通過(guò)拉曼光譜確認(rèn)了石墨烯的生成。通過(guò)圖1的實(shí)驗(yàn)，研究者成功地使用了家庭用品制備了高質(zhì)量的石墨烯懸浮液，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了可訪問(wèn)性。

圖1. 從家庭商用物品制備石墨烯。

而在圖2中，研究者進(jìn)一步將所得石墨烯應(yīng)用于p-putty納米復(fù)合材料的制備，并展示了其在電機(jī)械性能方面的應(yīng)用。圖2a展示了p-putty與不同石墨烯體積分?jǐn)?shù)的照片；圖2b-c顯示了原始黏土和0.4% p-putty的掃描電子顯微鏡圖像；圖2d展示了不同體積分?jǐn)?shù)下的壓縮楊氏模量；圖2e則展示了黏土在剪切應(yīng)變下的貯存（G'）和損耗（G''）模量。通過(guò)圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究者成功地將石墨烯應(yīng)用于p-putty納米復(fù)合材料中，使其具有了優(yōu)異的電機(jī)械性能，可用于測(cè)量脈搏等健康應(yīng)用。

圖2. P-橡膠納米復(fù)合材料。

三、總結(jié)展望

本研究展示了利用廉價(jià)易得的家用物品，如鉛筆、攪拌機(jī)和洗滌劑，進(jìn)行石墨烯液相剝離的方法。通過(guò)創(chuàng)新性的方法，科學(xué)家們成功降低了石墨烯制備的成本，大大提高了其可訪問(wèn)性，從而將先進(jìn)的納米技術(shù)推廣至低收入機(jī)構(gòu)、第三世界國(guó)家和公民科學(xué)倡議。此外，他們還將家用納米材料與學(xué)校膠水結(jié)合，開發(fā)了一種新型納米復(fù)合材料，用于測(cè)量人體脈搏等健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用。這一研究成果不僅拓展了納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域，還為青少年科學(xué)教育提供了實(shí)踐機(jī)會(huì)，激發(fā)了下一代科學(xué)家的興趣，并為未來(lái)納米技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

審核編輯：黃飛