小才大用，日用物品也能制备石墨烯？

研究背景

石墨烯作为一种重要的二维材料，引起了特别的关注。石墨烯具有出色的导电性、热导性和力学性能，因此在各种领域中具有广泛的应用前景。然而，传统的LE方法通常需要昂贵的设备和化学试剂，限制了其在低收入机构、第三世界国家和公民科学倡议中的应用。此外，常用的石墨源和纯化工具也往往价格昂贵，使得这些方法在经济上不够普遍。

研究内容

为了解决这些问题，萨塞克斯大学数学与物理科学学院Conor S. Boland教授开始探索利用家用物品进行石墨烯的生产和应用。他们尝试使用家用食品加工器具等常见家庭物品来实现石墨烯的剥离和纯化，以及制备基于石墨烯的纳米复合材料。这样做的目的是降低石墨烯生产的成本，并提高其在普通家庭和学校中的可访问性。以上成果在npj 2D Materials and Applications顶刊发题为“Hometronics – accessible production of graphene suspensions for health sensing applications using only household items”的研究论文。本研究通过使用简单的家用物品，如铅笔和搅拌机，将石墨烯生产的成本降至最低，并展示了一种基于石墨烯的纳米复合材料的制备方法。研究人员成功地利用家用食品加工器具在自来水中剥离出高质量的石墨烯悬浮液，并通过添加学校胶水制备了一种被称为p-putty的纳米复合材料。这些方法的成功应用使得石墨烯的生产和应用变得更加简单和经济，为广大研究人员和公众提供了更多的机会参与到纳米科学研究中来。

图文导读

在图1中，研究者展示了利用家用食品加工器具和家庭用品，特别是铅笔芯和咖啡过滤器，制备高质量石墨烯悬浮液的方法。图1a展示了通过在搅拌机中使用铅笔粉末和自来水，再通过咖啡过滤器处理，最终得到高质量的石墨烯悬浮液。通过原子力显微镜（AFM）观察到的图1f确认了悬浮液中存在石墨烯纳米片。拉曼光谱图1g表明，经过剥离处理后的铅笔芯与粉末铅笔芯相比，显示出明显的石墨烯特征。这项研究的作用在于，它展示了一种使用家用物品制备石墨烯的简便方法，大大降低了制备成本，使得纳米科学研究更加普及。

图 1 | 从家庭商用物品制备石墨烯。

在图2中，研究者进一步展示了利用所制备的石墨烯悬浮液，与商业水性聚乙烯醇（PVA）儿童胶水套件结合，制备出一种纳米复合材料，即p-putty。图2a展示了不同体积分数下的p-putty的外观，同时也观察到了SEM图像的差异。通过图2f中的电学性能测试，发现p-putty的电学性质可以随着压缩应变的增加而线性变化，这为制备具有电学特性的材料提供了新的思路。这项研究的作用在于，它提出了一种简单有效的方法，利用家庭用品制备出具有电学特性的纳米复合材料，为底层研究和健康应用提供了新的解决方案。

图 2 | P-橡胶纳米复合材料。

总结展望

本文探索了利用廉价、易获得的家用物品进行纳米材料制备的新途径。通过创新性地将铅笔、家用搅拌机和洗涤剂等日常生活用品结合起来，科学家们成功地制备出高质量的石墨烯悬浮液和纳米复合材料。这一研究启示了纳米科学研究不一定需要昂贵的实验设备和专业知识，而是可以利用我们日常生活中的物品进行创新性的实验。

这种家用物品制备纳米材料的方法大大降低了研究成本，提高了科学研究的可访问性，为低收入机构、发展中国家以及公民科学倡议提供了更多的机会。此外，通过将纳米材料与其他材料结合，如胶水，还可以拓展其在健康监测等领域的应用，为科学技术的发展提供了新的思路和可能性。

该工作发表在npj 2D Materials and Applications上

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41699-024-00467-8