Выжигание лазером: графеновые датчики появятся на еде, одежде и бумаге

Выжигание лазером: графеновые датчики появятся на еде, одежде и бумаге

Исследователи из Университета Райса (США) представили новый класс электроники – съедобной.

Главным "фигурантом" необычной работы стал революционный материал графен. Он чрезвычайно тонкий, отличный проводник тепла и электричества, к тому же, обладающий антибактериальными свойствами. Лучшего кандидата было не найти, считают авторы.

Учёные при помощи лазерного травления создали RFID-метки (или метки радиочастотной идентификации) из графена на продуктах питания, а также на картоне, древесине и ткани.

Ранее мы уже рассказывали о подобных графеновых датчиках, которые умеют отслеживать влажность воздуха. Нетрудно догадаться, что сенсор такого рода позволит, к примеру, контролировать качество съедобного, но скоропортящегося продукта. Однако технология создания новых датчиков, придуманная командой химика Джеймса Тура (James Tour), значительно отличается от ранее существовавших.

Исследователь поясняет, что в данном случае речь идёт не о каких-то "чернилах". Всё намного проще и сложнее одновременно: новый метод позволяет превратить в графен фрагмент любого исходного материала, содержащего углерод.

Команда взяла за основу идею о том, что в принципе любой материал, содержащий углерод, так или иначе можно преобразовать в графен. Ведь последний – это одна из "версий" углерода (двумерная аллотропная модификация, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом).

В лаборатории Тура уже несколько лет создаются и изучаются методы изготовления графеновой пены. Для этого используется лазер, который нагревает верхний слой материала и преобразует его в пену, которая состоит из микроскопических хлопьев или чешуек.

На этот раз специалисты создали графеновые датчики (те самые однослойные хлопья или чешуйки) в несколько подходов, используя расфокусированный лазерный луч. Эксперименты показали, что последний ускоряет процесс для большинства исследованных материалов. Производство графена происходит при комнатной температуре, уточняют авторы.

Выжигание лазером: графеновые датчики появятся на еде, одежде и бумаге

Первоначально для своих опытов химики использовали полимеры из класса полиимидов. Затем последовали тесты на древесине, а потом и других материалах.

Учёные продемонстрировали, что так называемый индуцированный лазером графен (laser-induced graphene) легко образуется на бумаге, картоне, ткани и некоторых продуктах – картофеле, кокосовых орехах и даже хлебных тостах. (Хлеб, впрочем, нужно было сперва поджарить, чтобы карбонизировать поверхность, то есть насытить её соединениями углерода.)

Отмечается, что ключевую роль играет лигнин – полимерное органическое соединение. Древесина, скорлупа кокоса и кожура картофеля содержат лигнин, из которого при лазерном травлении выделяется углерод, затем преобразующийся в графен.

 

Авторы добавляют, что индуцированный лазером графен можно использовать в качестве суперконденсатора, электрокатализатора для топливных элементов, антенн радиочастотной идентификации (RFID) и биомедицинских датчиков. И, конечно, ещё одно очевидное применение – это метки на продуктах питания и на одежде, которые могут заменить собой этикетки.

"Очень часто мы не видим преимущества какого-то подхода, пока не сделаем его доступным. Возможно, вся еда будет иметь крошечные RFID-метки, которые дадут вам всю информацию о том, где она была, как долго хранилась, в какой стране и городе её изготовили и какими путями она добралась до вашего стола", — рассказывает Джеймс Тур.

По его словам, графеновые метки могут также послужить датчиками для обнаружения кишечной палочки или других микроорганизмов в пище. Пока это лишь прогноз на будущее. Но химики предполагают, что метка в случае обнаружения патогенных микробов подаст сигнал, что этот продукт употреблять в пищу не следует.

Более подробно о "лазерном графене" и необычных метках на еде и одежде будущего рассказывается в статье, опубликованной в журнале ACS Nano.

Напомним, что графен также помогает создавать гибкую электронику, фильтры для воды, искусственную кожу и детали для космических спутников.

Источник

Выжигание лазером: графеновые датчики появятся на еде, одежде и бумаге
Adblock
detector