Жвачка для рук: как детская игрушка превратилась в сверхчувствительный материа
Жвачку для рук (Silly Putty) можно принять за обычную детскую игрушку. Этот эластичный материал обладает весьма интересными свойствами: он может вести себя как жидкость и как твердое тело, растекаясь в обычном состоянии, но превращаясь в твердый, отскакивающий от поверхности комок, если его кинуть в стену или стол. Однако при смешивании жвачки с фрагментами графена высокой проводимости, обладающего рядом необычных физических особенностей, она становится невероятно чувствительным детектором, позволяющим отслеживать кровяное давление, частоту сердечных сокращений и способна уловить даже шаги паука.
Исследовательская группа под руководством Джонатана Колмана из Тринити-колледжа в Дублине проводит исследование двухмерных молекул, к примеру таких, как молекулы графена, и пытаются найти практическое применение состоящим из них наноматериалам. Помимо этого, Колман рассказывает, что сотрудники его лаборатории любят делать «кухонные» физические эксперименты, где в исследованиях принимают участие бытовые приборы и самые обычные вещи. Это делает сам эксперимент довольно увлекательным и более понятным для наблюдателей.
По словам Колмана, один из аспирантов, Коннор Боланд (который в настоящее время уже получил докторскую степень) подумал: «Ученые по всему миру смешивают графен с полимерами, Silly Putty — это полимер, так давайте смешаем ее с графеном и посмотрим, что из этого получится!». Он растворил графен в воде, добавил в раствор жвачку для рук и получил на выходе черную жижу, которую исследователи прозвали «g-putty». Когда сквозь нее пропустили электрический ток, то внезапно обнаружилась чрезвычайная чувствительность вещества. «Если вы хотя бы слегка деформируете структуру, то ее электрическое сопротивление существенно изменится. Если растянуть или сжать g-putty на 1% от ее размера, то сопротивление изменится в 5 раз — это огромная разница», объясняет Колман. В итоге выяснилось, что черная жвачка в 500 раз чувствительнее других аналогичных материалов, и результат исследования были опубликованы в журнале Science.
Этот материал может быть использован в первую очередь в роли электромеханических датчиков, измеряющих степень вибрации. В частности, он отлично подойдет для замера показателей человеческого организма. Мягкий, совершенно незаметный датчик может отслеживать дыхание младенца, при этом не раздражая и не беспокоя ребенка. Кроме того, он позволит измерять ЧСС, кровяное давление и другие механические показатели. Изменения артериального давления часто предшествуют ухудшению состояния пациента. Колман считает, что если можно было бы отслеживать давление пациента на постоянной основе, то многие проблемы будут пресекаться на корню. С помощью их изобретения такой датчик становится реальностью — он не только не причиняет дискомфорта пациенту, но и весьма дешев в изготовлении.
Чтобы продемонстрировать возможности g-putty, ученые заставили обычного паука просто пройти по жвачке, благодаря чему им удалось измерить каждый его шаг. Если вы думаете, что это легко, то вы ошибаетесь: отслеживать настолько слабые сигналы для современной техники часто задача практически невыполнимая.
