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石墨烯分子傳感器 探測領(lǐng)域新進(jìn)展
盡管科學(xué)家因?yàn)槭┑膶傩远鴮ζ淝嗖A有加，但迄今為止，其實(shí)際應(yīng)用仍然乏善可陳。
不過，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）生物納米系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和西班牙光子科學(xué)研究
所的科學(xué)家們在一期的《科學(xué)》雜志上宣稱，他們利用石墨烯*的光學(xué)和電子學(xué)屬性，研制出了一種具有超高靈敏度的分子傳感器，可以探測蛋白質(zhì)或藥物小分子的詳細(xì)信息。
在紅外吸收光譜學(xué)這種標(biāo)準(zhǔn)的探測方法中，光被用來激活分子。不同分子的振動不同，借由這種振動，分子會顯示其存在甚至表現(xiàn)自己的“性格"。這些“蛛絲馬跡"可在反射光中“讀出"。但在探測納米大小的分子時(shí)，這一方法的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。因?yàn)檎丈浞肿拥募t外光子的波長約為6微米，而目標(biāo)分子僅幾個(gè)納米，很難在反射光中探測到如此微小分子的振動。
于是，石墨烯受命于危難之間。研究合作者丹尼爾·羅德里戈解釋道，如果讓石墨烯擁有合適的幾何形狀，其就能將光聚焦在表面上的某個(gè)特定點(diǎn)上，并“傾聽"附著其上的納米分子的振動。他說：“通過使用電子束轟擊并使用氧離子蝕刻，我們在石墨烯表面弄了一些納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)光到達(dá)時(shí)，納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子會振蕩，產(chǎn)生的‘局域表面等離子體共振’可將光聚集在某個(gè)點(diǎn)上，其與目標(biāo)分子的尺度相當(dāng)，因此，能探測納米大小的結(jié)構(gòu)。"
除此之外，這一過程也能揭示組成分子的原子鍵的屬性。研究人員稱，當(dāng)分子振動時(shí)，連接不同原子的原子鍵會產(chǎn)生多種振動，不同振動之間的細(xì)微差別可提供與每個(gè)鍵的屬性以及整個(gè)分子的健康狀況有關(guān)的信息。為了找出每個(gè)原子鍵發(fā)出的“聲音"從而確定所有的頻率，需要用到石墨烯。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員對石墨烯施加不同的電壓，讓其“調(diào)諧"到不同的頻率，從而能“閱讀"其表面上的分子的所有振動情況，而使用目前的傳感器無法做到這一點(diǎn)。研究人員海蒂斯·奧特格說：“我們讓蛋白質(zhì)附著在石墨烯上，并用這一方法，得到了分子的信息。"
研究人員表示，這種簡單的方法表明，石墨烯在探測領(lǐng)域擁有不可思議的潛能，奧特格表示：“盡管我們研究的是生物分子，但這一方法或許也適用于聚合物和其他物質(zhì)。"
其實(shí)石墨烯本身就是一種很神奇的材料，他被稱為是“材料的未來和電子行業(yè)的救命稻草"，是一種“奇跡材料"。我們來看看它到底有多神奇。
什么是石墨烯？
石墨烯是目前已知的硬度zui高、zui薄的材料。它由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列而成，比其他任何材料都具備更好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性。更令人稱奇的是，它不僅是世界上zui硬的材料，而且柔韌性也zui強(qiáng)。
厚度只有一層碳原子的石墨烯被稱為“奇跡材料"。
石墨烯可以變革電子行業(yè)，催生靈活多變的設(shè)備、超動力的量子計(jì)算機(jī)、電子服裝及可與身體細(xì)胞交流的計(jì)算機(jī)。
雖然石墨烯早在10年前就被發(fā)現(xiàn)，然而它在2010年才真正獲得關(guān)注。兩名曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家因石墨烯實(shí)驗(yàn)而獲得諾貝爾獎。zui近，研究人員集中精力研究如何商業(yè)化生產(chǎn)石墨烯。
2012年，美國化學(xué)學(xué)會稱石墨烯的強(qiáng)度是鋼鐵的200倍，它如此輕薄，以至于1盎司的石墨烯可以覆蓋28個(gè)足球場。中國科學(xué)家曾合成石墨烯氣凝膠，密度只有空氣的1/6；一立方英寸（約16.39立方厘米）的石墨烯氣凝膠放在一片草葉上，草葉不會變形。
“石墨烯是世界上為數(shù)不多同時(shí)具備透明、導(dǎo)電和柔性三大屬性的材料。"曼徹斯特大學(xué)講師亞拉文博士（AravindVijayaraghavan說道，“這三種屬性很少能在同一個(gè)材料上出現(xiàn)。"
石墨烯能做什么？
那么我們可以用石墨烯來做什么？物理學(xué)家和研究人員表示，由于石墨烯可以讓電子產(chǎn)品的屏幕更清晰且具備柔性特質(zhì)，這些產(chǎn)品將比以往采用硅材料的設(shè)備更薄、更快、更便宜。另外，續(xù)航時(shí)間長的電池也可具備防水性能。
2011年，美國西北大學(xué)的研究人員以石墨烯和硅為原料制造電池，該大學(xué)表示這種電池可以讓手機(jī)“電池用上一周，每次充電只需15分鐘"。
2012年，美國化學(xué)學(xué)會表示，石墨烯技術(shù)進(jìn)步將使得“手機(jī)薄如紙張，能夠折疊裝入口袋"。
亞拉文博士正基于石墨烯研制一系列傳感器，包括氣體傳感器、生物傳感器和光傳感器，它們的體型比以往更小。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。