石墨烯能助聾啞人「說話」？石墨烯的魔力是什麼

據新華社北京3月8日電（記者孫琪）石墨烯能夠化身「傳聲筒」，幫助聾啞人「開口說話」。由清華大學微電子所任天令教授課題組發明的「智能石墨烯人工喉」，有望在未來解決聾啞人的「說話」難題。

日前，任天令課題組在《自然通訊》上發表了題為《具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉》的研究論文，利用多孔石墨烯材料的優勢，製造出一種收發同體、適合穿戴的集成聲學器件。當「人工喉」佩戴者大聲發出低吟時，人工喉會感知喉嚨振動狀態併發出預先設定的聲音，當佩戴者變換低吟的長短、聲調時，人工喉發出的聲音也會隨之對應發生明顯變化。

石墨烯（Graphene）是從石墨中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家首次在實驗室中得到石墨烯，由於其電、熱、力學性能十分優異，被廣泛應用於各個領域，包括製作各種新型電子設備和塑料添加劑等。

白光顯微鏡下的"剪紙"石墨烯圖像

剪紙藝術（Kirigami）是最古老的民間藝術之一，其形式漂亮，結構複雜，給人以視覺藝術享受。很多人小時候都接觸過剪紙藝術，比如製作紙狀的雪花。石墨烯和紙一樣，都可以摺疊併產生褶皺，但不能過度拉伸。

研究人員使用黃金墊作為手柄，首先使用紅外激光器對石墨烯薄膜上的黃金墊施加壓力，將石墨烯弄皺，然後對產生的位移進行測量，測量結果可以被用來計算石墨烯層的彈力性能。經過分析，研究人員發現起皺石墨烯的力學性能得到提升，正如揉皺的紙比光滑的紙韌性更強，事實上正是這樣的機械相似性，使研究人員能夠把紙模型的方法應用於石墨烯製備。研究人員表示，以光刻技術作「剪刀」可以製作出一系列彈簧狀、鉸鏈狀的可伸縮石墨烯晶體管。

拉伸材料通常會造成電阻改變，而這種可伸縮晶體管電源兩極為石墨烯彈性結構，即使進行多次拉伸，也不會發生明顯的電阻變化。這種特性是由石墨烯的晶格結構決定的，在彈性結構伸展過程中，其晶體結構不會產生太大的變化。下一步研究人員將升級剪紙設備，實現不直接接觸設備就能移動或摺疊石墨烯的目的，比如使用磁性材料（如鐵）取代黃金墊，這樣就可以在磁場中操縱石墨烯進行扭曲等更複雜運動。這項技術可以用來製造對光、磁場和溫度產生感應的設備。該研究成果開闢了的石墨烯製備新途徑，隨著人們對靈活可穿戴電子產品的需求日益增長，可伸縮石墨烯晶體管的應用必然會引起廣泛關注。

可伸縮電極也可以用來製造靈活一體性的電子元件和感測器，植入合成機器人或人體假肢的皮膚內，也可以用於製成實時健康監測服這一最高級別的個人醫療保健產品。

（本文內容彙編於：科學之家公眾號）