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传说中的“电子皮肤”是什么样的?

促天科技 2025-05-15 03:48 0 0条评论

一、传说中的“电子皮肤”是什么样的?

据国外媒体报道,美研究人员利用碳纳米管溶液成功研制柔软有弹性的“电子皮肤”,该电子皮肤传感器能够感受到触摸的感觉,灵敏度是以前的纳米丝为基础的电子皮肤的三倍。此技术使科学家未来有望制造成本低廉的柔软而有弹性的智能型塑料电子设备。

许多行业都希望创造出柔软而有弹性的电子产品,但要制造这类设备,首先要有合适的底板。如果将电子电路压印在柔韧和有弹性的底板上,将彻底改变一些行业,并使“智能设备”无处不在。其中已设想的应用包括,可以检测变质与否的食品包装;可以治疗感染的医用绷带;可以监视表面裂缝和其它结构损坏的涂料;可以像纸一样折叠起来的电子屏;从太阳能到起搏器,到服装,这些智能应用就是所谓的“塑料电子”:柔软而有弹性。合适的底板必须以具有成本效益的方式大规模生产。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人员已经开发出一种新的可行性技术,能以较低成本大规模地生产柔性底板。新技术利用半导体浓缩碳纳米管溶液生成了具有优良电属性的薄膜晶体管网。研究人员用浓缩到99%的半导体单壁碳纳米管溶液作底层,再结合一种高弹性的聚酰亚胺聚合物作基底,基底用激光切成边长3.3毫米的六边形蜂窝图案,然后将硅和氧化铝层沉积到基底上,底板就做成了。为了证明他们的碳纳米管底板的效用,研究人员还制造了一个电子皮肤传感器,能够感受到触摸的感觉。

加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学系教授阿里·杰维(Ali Javey)说:“我们研制了柔软有弹性的底板,将完全钝化、高度统一的薄膜晶体管阵列,均匀地覆盖在约56平方厘米的底板上。这项技术再与金属喷墨打印相结合,在未来可制造成本低廉的柔韧而有弹性的电子设备。”

随着塑料电子产品的需求增加,过去十年中在这方面的研究和发展一直在紧锣密鼓地进行着。出现了单壁碳纳米管,作为塑料电子产品的顶级半导体材料,主要是因为它们具有流动性高的电子,可衡量一个半导体导电的速度有多快。然而,单壁碳纳米管可以采取半导体或金属的形式,一个典型的单壁碳纳米管包括三分之二的半导体和三分之一的金属管。这种混合产生的纳米管网显示比较低的开/关电流比率(on/off ratio ),这成为电子应用领域的重大问题。此项研究报告的首席作者塔卡哈斯(Takahashi) 说:“在电子设备中,要求开/关电流比率越高越好,这样传感器的像素就越清晰。而99%的高纯度提供了高达100的开/关电流比率。”

为了研制底板,该研究小组采用了单壁碳纳米管的解决方案。高强度的聚合物具有卓越的柔韧灵活性,激光切割的基板,以及可拉伸的六边形孔蜂窝图案。塔卡哈斯说:“在某种程度上基板可以拉长60%。在未来,伸展性和方向性的程度,应通过改变孔的大小或优化网格设计的可调参数。”由此产生的单壁碳纳米管薄膜晶体管底板被用来创建电子皮肤。电子皮肤由96个传感器像素阵列组成,每个像素由一个单一的薄膜晶体管控制,能感知24平方厘米范围的空间压力分布。该电子皮肤可觉察0—15千帕的压力。

塔卡哈斯说:“该电子皮肤的灵敏度比该实验室去年研发的纳米线电子皮肤传感器提高了三倍,这是因为提高了单壁碳纳米管设备的灵敏度,在未来,我们应该能够提高我们的底板技术,通过添加各种传感器或其它功能组件来拓展这种底板的应用,有望研发多功能的人造皮肤。此外,单壁碳纳米管的底板可用于研制柔性显示器。”

二、世界最小的温度计有多小?

世界最小的温度计

布法罗纽约州立大学的生物物理学家研制出了一种超微型温度计,以测定单生物细胞的温度。这个温度计的尖端直径仅有1微米, 约为人的头发直径的五十分之一。

除此之外,德国和日本都先后制造了世界上最小的温度计,报道如下:

德国卡塞尔大学科学家采用纳米技术发明了世界上最小的温度计。卡塞尔大学科学家发明的这种纳米温度计比头发丝还要细一千倍,它以纳米刻度来显示温度,测量精度达到千分之一度。用这种纳米温度计可以确定芯片加工中细微的温度变化,从而避免差错的产生。这种纳米温度计的核心部件是一个白金和碳材料制的针尖,针尖上的电阻传感器可记录温度的变化。

日本发明家发明了一种“碳纳米温度计”,这种温度计被认定为世界上最小的温度计,并被列入了吉尼斯大全。

这一“碳纳米温度计”用直径不到头发1/5的筒状纳米管制成。研究人员在长约千分之一毫米、直径仅为万分之一毫米的碳纳米管中充入呈液态的金属镓。当温度升高时,管中的液态镓就会膨胀,通过电子显微镜就能读取温度值。这种温度计测量范围可从18℃到490℃。用于制造碳纳米管的石墨在50℃~500℃时体积随温度的变化极小。因此,碳纳米管本身的直径和长度变化可以忽略不计,用它制成的温度计能精确到0.25℃。它可用于检查电子线路是否正常、测定毛细血管的温度等诸多方面。

三、现代科技的飞速发展给我们的吃穿住行带来了哪些变化?

1、衣:玉米、高粱、秸秆竟能制衣

“玉米、高粱、秸秆都能用来制造衣服。”听到这样的说法,或许你会认为这是个玩笑。然而,依托合成生物技术,这些已经成为现实。山西综改示范区的展厅内,陈列着柔软多彩的服装布料,还有用这些布料制成的衬衫、训练服。

上海凯赛生物技术公司副总裁臧慧卿说,相比传统化工工艺,从玉米、秸秆里提取出“绿色尼龙”,可大幅减少碳排放量。去年10月,山西合成生物产业生态园开工建设;今年2月,合成生物山西省重点实验室在太原揭牌。煤炭大省山西正在发力合成生物产业,并将其作为低碳发展的路径之一。

2、食:“固碳高手”微藻变身功能食品

太谷饼是山西省的一种传统名吃。日前,一款被赋予“灵魂”的太谷饼“火”了,饼中添加了1%至2%的藻粉,味道更鲜美。藻粉是由螺旋藻和小球藻等微藻磨制而成,除了作为食品添加剂提鲜,还是富含维生素和蛋白质的保健品。

你绝对想不到,这些微藻竟然是可以用火电厂、焦化厂排出的尾气饲养的。在山西省晋中市的烟气微藻固碳减排实验中心,一套完整的工业烟气减排系统末端耦合连接着一套微藻自动化培养装置,净化处理后的烟气进入装满培养液的试管中,微藻随着水泡不停翻滚。

3、住:看上去像一团烟,却能隔千度高温

一把丁烷喷枪,对着1厘米厚的气凝胶毡,喷吐出1000摄氏度的高温火焰,几分钟后毛毡背后的鲜花却毫发无损,手摸上去只是略感暖意。这是记者在位于山西省阳泉市的“山西智创城NO.7”看到的一幕。

华阳新材料集团研发人员江旭波说,绝热毡的秘密在于他们与深圳一家企业合作生产的气凝胶材料。气凝胶是目前世界上密度最小的固体,看上去就像一团烟,却是绝佳的隔热保温材料,1寸厚气凝胶毡的隔热性能相当于25块左右的普通玻璃。

4、行:火电厂烟囱里冒出“新材料”

“二氧化碳是温室气体,但也可以转化为巨大财富。”山西清洁碳经济产业研究院院长宋维宁拿着一瓶黑色粉末告诉记者,“这是我们从大唐云冈热电厂的烟气里提炼出的碳纳米管新材料,这种材料可应用于新能源汽车锂电池的电极材料。”

在大唐云冈热电厂,排出的烟气顺着蜿蜒的管道进入捕集设备,经过冷却、吸收等多道程序,成为高纯度的液态二氧化碳,最终转化为碳纳米管及其下游产品。

“碳纳米管就像工业里的‘调味品’,提升产品性能同时还能节省成本。”宋维宁说,碳纳米管被视为卷成管的石墨烯,具有异常的力学、电学性能,是新能源行业急需且供不应求的原料。