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不僅保暖,石墨烯材料制作的衣服還能防止蚊蟲(chóng)叮咬?

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平昌冬奧會(huì)閉幕式,溫度很低!副本 8 分鐘」的表演者就是在低溫的條件下圓滿地完成了表演任務(wù)。

幫助他們抵御嚴(yán)寒天氣的服裝用的就是石墨烯這種智能材料。它是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料,幾乎完全透明,只吸收 2.3% 的光,導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá) 5300 W/m·K,高于碳納米管和金剛石。


石墨烯材料和紡織品結(jié)合制成的服裝在滿足穿著要求的同時(shí),還會(huì)具有石墨烯的某種特質(zhì)。比如冬奧會(huì)上的智能發(fā)熱服就發(fā)揮了石墨烯超高導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)。除此之外,石墨烯材料制成的服裝還有消炎抑菌的效果。

布朗大學(xué)最近的一項(xiàng)研究又新提出了一個(gè)有趣的觀點(diǎn)——石墨烯材料能防止蚊子叮咬。

在一篇發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》的論文中,研究人員表示,石墨烯可以在兩個(gè)層面上同時(shí)防止蚊蟲(chóng)叮咬。

石墨烯這種薄而堅(jiān)固的材料充當(dāng)了蚊子無(wú)法穿透的屏障,這是防止蚊子叮咬的物理屏障。而布朗大學(xué)研究人員的實(shí)驗(yàn)則證明了石墨烯能阻斷蚊子感知鄰近「食物」——血液的化學(xué)信號(hào),從而抑制蚊子叮咬的沖動(dòng)。研究結(jié)果表明,除了能夠物理防蚊,石墨烯制成的服裝可能還有化學(xué)防蚊的效果。

布朗大學(xué)的工程學(xué)院教授 Robert Hurt 說(shuō):「蚊子是世界各地疾病的重要傳播媒介之一,人們對(duì)非化學(xué)的防蚊蟲(chóng)叮咬很感興趣……我們一直在研究將石墨烯作為阻擋有毒化學(xué)物質(zhì)的屏障,開(kāi)始考慮石墨烯還有什么其它的好處,F(xiàn)在我們認(rèn)為石墨烯或許還能防止蚊蟲(chóng)叮咬!

為了驗(yàn)證自己的猜想,研究人員還招募了一些參與者進(jìn)行試驗(yàn)。為了科學(xué),這些參與者愿意被蚊子咬幾口。他們的手臂被放在一個(gè)充滿蚊子的籠子里,只有一小塊皮膚可供蚊子叮咬。PS:蚊子是在實(shí)驗(yàn)室中培育的,因此可以確認(rèn)其未攜帶病菌。


研究人員比較了參與者裸露皮膚、覆蓋粗布的皮膚以及粗布上還有一層氧化石墨烯 (GO) 薄膜的皮膚被蚊子叮咬的次數(shù)。氧化石墨烯是一種石墨烯衍生物,可以制成足夠大的薄膜用于實(shí)際的應(yīng)用。

最后的結(jié)果符合研究人員的設(shè)想,裸露的皮膚和僅覆蓋粗布的皮膚非常容易被叮咬,而覆蓋了氧化石墨烯薄膜的手臂則成功逃脫了蚊針。

「有了石墨烯,蚊子甚至不會(huì)落在皮膚上——它們似乎根本不在乎人的皮膚和血液!共祭蚀髮W(xué)的博士生、該研究的第一作者 Cintia Castillho 曾認(rèn)為石墨烯是一種物理屏障,可以通過(guò)屏障對(duì)抗蚊子將針穿刺入皮膚,從而阻止蚊子叮咬。但在這個(gè)實(shí)驗(yàn)之后,她認(rèn)為石墨烯也是一種化學(xué)屏障,可以阻止蚊子感知到有人(食物)在那里。


為了證實(shí)石墨烯也是一種化學(xué)屏障,研究人員在石墨烯薄膜外涂抹了一些人體汗液。涂抹人的汗液后,蚊子就開(kāi)始聚集在這片區(qū)域,就像它們聚集在人裸露的皮膚上一樣。

而其他的一些實(shí)驗(yàn)表明,氧化石墨烯具有抗穿刺能力,但這是有條件的。在氧化石墨烯薄膜保持干燥的情況下,研究人員用一根針代替了蚊子的喙,通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬了蚊子叮咬的過(guò)程從而進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)。但蚊子根本無(wú)法產(chǎn)生足夠的力量來(lái)刺穿氧化石墨烯。

不過(guò)當(dāng)氧化石墨烯被水浸濕時(shí),蚊子的喙很容易被刺穿它。實(shí)驗(yàn)表明,蚊子可以在潮濕的環(huán)境中刺穿氧化石墨烯。當(dāng)然,有一種氧含量較低的氧化石墨烯 (rGO) 在干燥和潮濕時(shí)都能扛住蚊子的穿刺力。


目前,用氧化石墨烯材料防止被蚊蟲(chóng)叮咬的重點(diǎn)在于保持材料的穩(wěn)定性。畢竟穿著的衣物非常容易沾染上汗液,變濕的氧化石墨烯也會(huì)變得容易被刺穿,無(wú)法發(fā)揮物理屏障的作用,汗液的存在也沒(méi)辦法發(fā)揮氧化石墨烯化學(xué)屏障作用。

但總的來(lái)說(shuō),這項(xiàng)研究還是表明設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)难趸┛梢杂脕?lái)制作防蚊服,它的材料有防蚊蟲(chóng)叮咬的雙重保障。對(duì)于非常容易被蚊子叮咬的人來(lái)說(shuō),現(xiàn)在或許恨不得把所有衣服都換成這種防蚊材料了。

更新日期:2019-12-05
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