你有沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)這樣的場(chǎng)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(xué)家正是受這一現(xiàn)象啟發(fā)，開(kāi)啟了一場(chǎng)持續(xù)十年的科學(xué)追蹤。前不久，華南師范大學(xué)教授王耀團(tuán)隊(duì)首次證明了融化冰內(nèi)部存在微小的球狀液滴，進(jìn)一步揭示了冰的內(nèi)部融化機(jī)制，并基于這一機(jī)制發(fā)明了“冰融誘導(dǎo)凍干”技術(shù)，有望應(yīng)用于批量制造甲醛等氣體檢測(cè)微納材料，相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
目前正在沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)工作的陳卓博士是這一項(xiàng)目的主要研究人員之一，長(zhǎng)期專注于高性能氣體傳感領(lǐng)域的研究。2015年一個(gè)下午，他正在進(jìn)行一項(xiàng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)：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(jī)中進(jìn)行真空脫水的冰樣，出現(xiàn)了輕微的融化。就在他以為實(shí)驗(yàn)要失敗時(shí)，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(gè)個(gè)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(jī)抽走后，柔性的石墨烯片順勢(shì)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(gè)意外讓他聯(lián)想到兒時(shí)吮吸冰棍的情景，進(jìn)而大膽推測(cè)：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(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的石墨烯空心球，正是對(duì)融冰內(nèi)部的液滴形態(tài)的精準(zhǔn)復(fù)刻？
受到這一現(xiàn)象的啟發(fā)，陳卓決定給冰做“CT掃描”。在導(dǎo)師王耀，現(xiàn)華南師范大學(xué)先進(jìn)光電子研究院副院長(zhǎng)的指導(dǎo)下，他與上海大學(xué)教授石國(guó)升等團(tuán)隊(duì)合作，展開(kāi)了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)近十年的“馬拉松式”研究，從理論層面系統(tǒng)解析了這一過(guò)程。
“當(dāng)冰開(kāi)始融化時(shí)，部分水分子會(huì)‘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(tuán)隊(duì)基于此理論研發(fā)出一種“冰融誘導(dǎo)凍干”成型技術(shù)，即通過(guò)精確控制冰融化的時(shí)間，批量制備出尺寸可控的石墨烯空心微球。進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，如果給這些肉眼看不見(jiàn)的“泡泡”石墨烯空心球鍍上鉑金涂層，每個(gè)泡泡都會(huì)變成超高靈敏度的“電子鼻”，這種新材料對(duì)甲醛的檢測(cè)靈敏度可達(dá)到5ppb（十億分之五濃度）。
王耀表示，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)有望應(yīng)用于室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、呼氣疾病檢測(cè)以及便攜式氣體傳感器等的研發(fā)。
但這個(gè)已經(jīng)講了十年的故事還沒(méi)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(huì)有其他新用途？陳卓認(rèn)為這項(xiàng)研究還有很大的想象空間。
你有沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)這樣的場(chǎng)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(xué)家正是受這一現(xiàn)象啟發(fā)，開(kāi)啟了一場(chǎng)持續(xù)十年的科學(xué)追蹤。前不久，華南師范大學(xué)教授王耀團(tuán)隊(duì)首次證明了融化冰內(nèi)部存在微小的球狀液滴，進(jìn)一步揭示了冰的內(nèi)部融化機(jī)制，并基于這一機(jī)制發(fā)明了“冰融誘導(dǎo)凍干”技術(shù)，有望應(yīng)用于批量制造甲醛等氣體檢測(cè)微納材料，相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
目前正在沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)工作的陳卓博士是這一項(xiàng)目的主要研究人員之一，長(zhǎng)期專注于高性能氣體傳感領(lǐng)域的研究。2015年一個(gè)下午，他正在進(jìn)行一項(xiàng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)：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(jī)中進(jìn)行真空脫水的冰樣，出現(xiàn)了輕微的融化。就在他以為實(shí)驗(yàn)要失敗時(shí)，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(gè)個(gè)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(jī)抽走后，柔性的石墨烯片順勢(shì)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(gè)意外讓他聯(lián)想到兒時(shí)吮吸冰棍的情景，進(jìn)而大膽推測(cè)：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(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的石墨烯空心球，正是對(duì)融冰內(nèi)部的液滴形態(tài)的精準(zhǔn)復(fù)刻？
受到這一現(xiàn)象的啟發(fā)，陳卓決定給冰做“CT掃描”。在導(dǎo)師王耀，現(xiàn)華南師范大學(xué)先進(jìn)光電子研究院副院長(zhǎng)的指導(dǎo)下，他與上海大學(xué)教授石國(guó)升等團(tuán)隊(duì)合作，展開(kāi)了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)近十年的“馬拉松式”研究，從理論層面系統(tǒng)解析了這一過(guò)程。
“當(dāng)冰開(kāi)始融化時(shí)，部分水分子會(huì)‘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(tuán)隊(duì)基于此理論研發(fā)出一種“冰融誘導(dǎo)凍干”成型技術(shù)，即通過(guò)精確控制冰融化的時(shí)間，批量制備出尺寸可控的石墨烯空心微球。進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，如果給這些肉眼看不見(jiàn)的“泡泡”石墨烯空心球鍍上鉑金涂層，每個(gè)泡泡都會(huì)變成超高靈敏度的“電子鼻”，這種新材料對(duì)甲醛的檢測(cè)靈敏度可達(dá)到5ppb（十億分之五濃度）。
王耀表示，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)有望應(yīng)用于室內(nèi)外空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、呼氣疾病檢測(cè)以及便攜式氣體傳感器等的研發(fā)。
但這個(gè)已經(jīng)講了十年的故事還沒(méi)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(huì)有其他新用途？陳卓認(rèn)為這項(xiàng)研究還有很大的想象空間。
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