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纳米科学: 从烟草到网络木材!

信息来源:t-o.com.cn  时间:2019-03-16  浏览次数:668

纳米科学: 从烟草到网络木材!

来自苏黎世联邦理工学院的瑞士科学家开发出一种比以前的温度传感器灵敏度至少高100倍的温度计。它由烟草细胞和纳米管的生物合成杂化材料组成,从一开始,人类就受到大自然的启发。我们模仿大自然开发新技术,例如从机械到药品再到新材料。飞机以鸟类为模型,许多药物起源于植物。机械和工艺工程系的研究人员更进了一步:为了开发一种极其敏感的温度传感器,他们仔细研究了对温度敏感的植物。但是,它们并没有模仿植物的特性; 相反,他们开发了一种混合材料,除合成成分外,还含有植物细胞本身。“我们让大自然为我们工作,”力学与材料教授Chiara Daraio解释道。

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科学家们能够开发出迄今为止最敏感的温度传感器:一种电子模块,可以根据温度改变其电导率。“没有其他传感器可以响应如此小的温度波动,导电率发生如此大的变化。我们的传感器响应速度至少比最好的现有传感器高100倍,”Daraio集团的博士后Raffaele Di Giacomo说,数十年来人们已经知道,植物具有非凡的能力,能够记录极其微小的温差,并通过改变细胞的电导率来应对它们。到目前为止,植物比任何人造传感器都要好。

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Di Giacomo在细胞培养中试验烟草细胞。“我们问自己,我们如何将这些细胞转移到一种无生命的干燥材料中,以保持其温度敏感性,”他回忆道。科学家通过在含有微小碳管的培养基中培养细胞来实现其目标。这些导电碳纳米管在烟草细胞之间形成网络,并且还能够穿透细胞壁。当Di Giacomo干燥纳米管培养的细胞时,他发现了一种他称之为“网络木”的木质坚固材料。与木材相比,这种材料由于纳米管而具有导电性,有趣的是导电性与温度有关并且非常敏感,就像在活烟草细胞中一样。

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通过实验证明,即使在远处,网络木传感器也能识别出温暖的物体;例如,一只手从几十厘米的距离接近传感器。传感器的电导率直接取决于手与传感器的距离,根据科学家的说法,网络木材可用于广泛的应用; 例如,在开发一种对手势做出反应的“非接触式触摸屏”,手势由多个传感器记录。同样可以想象的可能是热敏相机或夜视设备,

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ETH科学家与意大利萨勒诺大学的合作者不仅对他们的新材料的属性进行了详细的检查,他们还分析了他们非凡行为的起源。他们发现果胶和带电原子(离子)在活植物细胞和干燥的网络木材的温度敏感性中起着关键作用。果胶是在植物细胞壁中发现的糖分子,其可以根据温度交联以形成凝胶。钙和镁离子都存在于该凝胶中。“当温度升高时,果胶的链接断裂,凝胶变得更柔软,离子可以更自由地移动,”Di Giacomo解释说。结果,当温度升高时,材料更好地导电。

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科学家们为他们的传感器提交了专利申请。在正在进行的工作中,他们现在正在进一步开发它,使其在没有植物细胞的情况下起作用,基本上只有果胶和离子。他们的目标是创造一个灵活,透明,甚至生物相容的传感器,具有相同的超高温灵敏度。这种传感器可以模制成任意形状并以极低的成本生产。这将为生物医学设备,消费产品和低成本热像仪中的热传感器的新应用打开大门。

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