你有沒有經(jīng)歷過這樣的場景：炎炎夏日吸吮半融的冰棍，果汁被吸走后留下類似蜂窩狀的冰殼？科學家正是受這一現(xiàn)象啟發(fā)，開啟了一場持續(xù)十年的科學追蹤。前不久，華南師范大學教授王耀團隊首次證明了融化冰內(nèi)部存在微小的球狀液滴，進一步揭示了冰的內(nèi)部融化機制，并基于這一機制發(fā)明了“冰融誘導凍干”技術(shù)，有望應用于批量制造甲醛等氣體檢測微納材料，相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學會志》上。
目前正在沙特阿卜杜拉國王科技大學工作的陳卓博士是這一項目的主要研究人員之一，長期專注于高性能氣體傳感領(lǐng)域的研究。2015年一個下午，他正在進行一項常規(guī)實驗：制備一種含有石墨烯片的冰樣品，但由于操作延遲，本該迅速放入冷凍干燥機中進行真空脫水的冰樣，出現(xiàn)了輕微的融化。就在他以為實驗要失敗時，顯微鏡下的意外景象讓他心跳加速——本該卷曲形成納米管的石墨烯片，竟包裹形成了一個個整齊排列的石墨烯空心微球。
“就像我們吸掉了冰棍里的甜水，融化產(chǎn)生的液體被干燥機抽走后，柔性的石墨烯片順勢貼合在剩余的冰腔內(nèi)，并最終被特有的‘模具’變成了空心球。”陳卓回憶道，這個意外讓他聯(lián)想到兒時吮吸冰棍的情景，進而大膽推測：冰的融化并非僅發(fā)生在表面，其內(nèi)部融化后形成的液體可能是以球狀液滴的形式存在的？實驗產(chǎn)生的石墨烯空心球，正是對融冰內(nèi)部的液滴形態(tài)的精準復刻？
受到這一現(xiàn)象的啟發(fā)，陳卓決定給冰做“CT掃描”。在導師王耀，現(xiàn)華南師范大學先進光電子研究院副院長的指導下，他與上海大學教授石國升等團隊合作，展開了一場長達近十年的“馬拉松式”研究，從理論層面系統(tǒng)解析了這一過程。
“當冰開始融化時，部分水分子會‘叛逃’原有冰晶結(jié)構(gòu)，逐漸聚集成球狀液滴。”王耀解釋道，正是這些直徑僅有頭發(fā)絲1%的液滴，成為制造石墨烯空心微球的天然模具。
王耀介紹，該團隊基于此理論研發(fā)出一種“冰融誘導凍干”成型技術(shù)，即通過精確控制冰融化的時間，批量制備出尺寸可控的石墨烯空心微球。進一步探索發(fā)現(xiàn)，如果給這些肉眼看不見的“泡泡”石墨烯空心球鍍上鉑金涂層，每個泡泡都會變成超高靈敏度的“電子鼻”，這種新材料對甲醛的檢測靈敏度可達到5ppb（十億分之五濃度）。
王耀表示，這項技術(shù)未來有望應用于室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)測、呼氣疾病檢測以及便攜式氣體傳感器等的研發(fā)。
但這個已經(jīng)講了十年的故事還沒結(jié)束，如果在石墨烯空心球上鍍一層其他的材料或許還會有其他新用途？陳卓認為這項研究還有很大的想象空間。
你有沒有經(jīng)歷過這樣的場景：炎炎夏日吸吮半融的冰棍，果汁被吸走后留下類似蜂窩狀的冰殼？科學家正是受這一現(xiàn)象啟發(fā)，開啟了一場持續(xù)十年的科學追蹤。前不久，華南師范大學教授王耀團隊首次證明了融化冰內(nèi)部存在微小的球狀液滴，進一步揭示了冰的內(nèi)部融化機制，并基于這一機制發(fā)明了“冰融誘導凍干”技術(shù)，有望應用于批量制造甲醛等氣體檢測微納材料，相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學會志》上。
目前正在沙特阿卜杜拉國王科技大學工作的陳卓博士是這一項目的主要研究人員之一，長期專注于高性能氣體傳感領(lǐng)域的研究。2015年一個下午，他正在進行一項常規(guī)實驗：制備一種含有石墨烯片的冰樣品，但由于操作延遲，本該迅速放入冷凍干燥機中進行真空脫水的冰樣，出現(xiàn)了輕微的融化。就在他以為實驗要失敗時，顯微鏡下的意外景象讓他心跳加速——本該卷曲形成納米管的石墨烯片，竟包裹形成了一個個整齊排列的石墨烯空心微球。
“就像我們吸掉了冰棍里的甜水，融化產(chǎn)生的液體被干燥機抽走后，柔性的石墨烯片順勢貼合在剩余的冰腔內(nèi)，并最終被特有的‘模具’變成了空心球。”陳卓回憶道，這個意外讓他聯(lián)想到兒時吮吸冰棍的情景，進而大膽推測：冰的融化并非僅發(fā)生在表面，其內(nèi)部融化后形成的液體可能是以球狀液滴的形式存在的？實驗產(chǎn)生的石墨烯空心球，正是對融冰內(nèi)部的液滴形態(tài)的精準復刻？
受到這一現(xiàn)象的啟發(fā)，陳卓決定給冰做“CT掃描”。在導師王耀，現(xiàn)華南師范大學先進光電子研究院副院長的指導下，他與上海大學教授石國升等團隊合作，展開了一場長達近十年的“馬拉松式”研究，從理論層面系統(tǒng)解析了這一過程。
“當冰開始融化時，部分水分子會‘叛逃’原有冰晶結(jié)構(gòu)，逐漸聚集成球狀液滴。”王耀解釋道，正是這些直徑僅有頭發(fā)絲1%的液滴，成為制造石墨烯空心微球的天然模具。
王耀介紹，該團隊基于此理論研發(fā)出一種“冰融誘導凍干”成型技術(shù)，即通過精確控制冰融化的時間，批量制備出尺寸可控的石墨烯空心微球。進一步探索發(fā)現(xiàn)，如果給這些肉眼看不見的“泡泡”石墨烯空心球鍍上鉑金涂層，每個泡泡都會變成超高靈敏度的“電子鼻”，這種新材料對甲醛的檢測靈敏度可達到5ppb（十億分之五濃度）。
王耀表示，這項技術(shù)未來有望應用于室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)測、呼氣疾病檢測以及便攜式氣體傳感器等的研發(fā)。
但這個已經(jīng)講了十年的故事還沒結(jié)束，如果在石墨烯空心球上鍍一層其他的材料或許還會有其他新用途？陳卓認為這項研究還有很大的想象空間。
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