像弹簧一样 石墨烯有望让器件更灵活

剪纸艺术是属于我国民间的一大瑰宝，不仅中国人会剪纸，美国康奈尔大学的物理学家也变身成为剪纸艺人，不过，他们手中的“纸张”是只有一个原子厚的石墨烯，他们剪出来的可能是世界上最小的机器。康奈尔大学卡夫利纳米尺度科学研究所所长保罗·麦克尤恩带领的研究团队在发表于最新的《自然》杂志的论文中，展示了如何将只有10微米厚的石墨烯(人的头发大约是70微米厚)裁剪、折叠、扭转和弯曲成多种造型，从而使剪纸艺术扩展到了纳米级。

 

在这样的微观尺度上，石墨烯以及其他超薄材料会变得非常黏。因此，研究人员使用了一个惯常的小伎俩，使其更容易操纵：将石墨烯悬浮在加入表面活性剂的水中，就像滑滑的肥皂水一样。他们制造了一个金拉环作为“手柄”，以便能够抓住剪出造型后的石墨烯的末端。此外，研究人员还借来激光切割机，按照设计建立纸模型，然后再用石墨烯将其制造出来。

他们用一张石墨烯薄片造出了一个柔软弹簧，其工作方式就像一个非常灵活的晶体管。麦克尤恩说，拉开这种弹簧所需的力，与一个动力蛋白可能产生的力相当。这项实验进入了生物力学范畴，为纳米级弹性器件的应用打开了思路，如可以将其作为传感器放置在人体细胞附近或在大脑中。

研究人员还演示了如何将石墨烯弯曲成简单的铰链设计，并量化了所需的力。他们发现，打开和关闭铰链10000次，它仍然完全完好，伸缩自如，这对于纳米尺度的可折叠机器和设备来说可能是个有用的特性。

康奈尔大学一个相关的研究小组已经获得了美国国防部的资助，采用这项研究所展示的部分剪纸理论，围绕类似于石墨烯一样的柔性材料继续进行技术开发。