五度妙笔
API商城
数据库创新连线/石墨烯传感器可通过呼吸检测疾病
据俄罗斯科学基金会近日报道，俄罗斯科研团队研制出一种基于石墨烯聚合物的新型传感器，可通过分析人体呼出气体成分，快速、无创地检测糖尿病、心力衰竭等多种慢性疾病的早期迹象。相关成果已发表于国际权威期刊《传感器和执行器A：物理》上。
图片来源：俄罗斯卫星通讯社/AI生成图片
该研究由俄罗斯科学院西伯利亚分院勒扎诺夫半导体物理研究所与高温联合研究所联合开展。项目负责人介绍，糖尿病和心脏病患者呼气中丙酮浓度会增加，而肾病患者则表现为氨含量增加。现有传感器往往灵敏度不足、结构复杂，且仅限医疗机构使用，难以满足日常健康监测需求，因此这项新技术的研发意义重大。
新开发的传感器是一种直接印制在普通办公纸上的薄膜。使用时，只需将其贴附于皮肤或医用口罩上，即可在手术场景中持续监测呼吸。当呼出气体接触传感元件时，其电导率会发生变化，装置会记录化学成分的变化，从而识别疾病标志物。
研究团队已在32名志愿者中完成初步测试，其中包括健康人、糖尿病患者和一名心脏病发作后的患者。结果显示，该装置能清晰捕捉患者呼气中丙酮的峰值，灵敏度足以支持慢性病的早期筛查。
未来经进一步优化后，该技术有望应用于家庭自测，并拓展至消防员、飞行员、潜水员等特殊职业人群的实时健康监护。
来源：中国科技网 俄罗斯卫星通讯
狄重安团队将聚合物的zT值提升到1.28，取得了重要进展，但还是低于无机材料的性能水平。
为什么聚合物提升性能这么难？前面说过，热电材料面临一个“鱼和熊掌”的困境：想要电导率高，就得让分子排列得整整齐齐；想要热导率低，就得让结构像迷宫般错综复杂。可问题是，分子一整齐，热量也跟着跑得快；结构一混乱，电子又寸步难行。这就是科学界所谓的“电—热输运的耦合限制”。
衣服、水瓶等可化身微型电站
那么，科学家是怎么攻克这个世纪难题的呢？说来也简单，团队想出了一个操作：既然有序和无序各有各的好处，那咱们就来个“混搭”：在无序中创造有序，让两者各司其职、互不打扰。
具体来说，科学家创造了一种“多孔无序—狭道有序”的双重结构。想象一下，海绵表面上全是大小不一、乱七八糟的孔洞，但你仔细观察孔洞之间的“墙壁”，里面的分子却排列得整整齐齐。这就好比在崎岖不平的山区修了几条笔直的高速公路，热量被那些孔洞阻挡，来回打转，传输缓慢；而电子却能在整齐的“高速公路”上一路狂飙。
怎么造出这种结构呢？科学家采用了“聚合物相分离”的方法。你见过把油倒进水里的情景吗？它们会自动分开，互不相溶。科学家把两种不同的高分子材料——PDPPSe-12（聚合物半导体）和PS（普通塑料），溶解在一起，让它们慢慢挥发溶剂。结果呢？这两种材料也“闹分家”，被特定溶剂冲洗后，形成了无数微小的孔洞，尺寸从5.9纳米到1.8微米不等，形状各异、分布无序。但只要控制好比例和条件，科学家就能精准调控孔洞的大小和分布。
更有意思的是，在这个“分家”的过程中，导电聚合物被挤在狭小的空间里，反而排起了整齐的队伍，就像地铁站高峰期，人群挤在狭窄通道里会自动形成一条队列。科学家把这种现象称为“限域效应”。
效果咋样？超乎预期！
研究团队制备的这种不规则多级孔热电塑料薄膜，通过协同调控多种声子散射机制，即杂乱无章的孔洞表面不断散射声子，不同尺寸的狭缝像筛子一样筛选不同波长的声子、无序的狭缝分布还增强了声子之间的相互碰撞，致使热导率下降72%！与此同时，限域效应使载流子迁移率提升了52%。最终，在约70℃温度下，材料的zT值一举突破1.64！
这是聚合物热电材料历史上首次跨越1.5的门槛，甚至超过同温区的柔性无机材料。
更让人兴奋的是，这种结构与工业上成熟的喷涂技术完美兼容。此前，该团队制备的高性能柔性热电材料需要复杂的工艺，往往要重复上百次才能制成；而通过这项技术，制备材料就像喷漆一样简单，能够一次成型，从而大幅降低了制备成本，为大面积应用铺平道路。
那么，这项技术能用在哪？最直接的场景就是可穿戴设备的自供电。人体和环境通常有5℃~10℃的温差——够用了！当未来衣服的面料里织入这种材料，你就是行走的充电宝！
物联网时代，成千上万的传感器部署在各个角落，换电池非常麻烦，而只要有温差，热电材料就能给它们源源不断地供电。同时，由于这种材料具有本征柔性，它可以贴附在很多曲面表层，无论是弯曲的管道还是人体的关节部位，都能完美贴合，大大拓展了应用场景。
从更宏观的角度看，这项研究不仅是一项技术突破，更是对软物质材料热电转换规律的深刻认知。长期以来，科学界普遍认为，在弱相互作用主导的有机材料中，很难实现电—热输运的协同调控。而该项研究用实验证明，通过精巧的微观结构设计，完全可以突破这一限制，将聚合物热电材料推向实用化。
研究团队还建立了系统的研究方案，为后续研究者提供了清晰的路线图。
当然，从实验室成果到大规模商业化应用，还有一段路要走。例如，需要进一步提高材料的稳定性、优化集成工艺、探索更低成本的原材料等。但这项研究已经为我们描绘了一个令人神往的未来：在那个世界里，我们身边的塑料制品，如矿泉水瓶、包装袋、衣物纤维等，都可能成为一个微型发电站；曾经被忽视的废弃热量，将成为取之不尽、用之不竭的绿色能源，无处不在、触手可及。
