(Phys.org) —Soms vereist het oplossen van een probleem geen high-tech oplossing. Soms, je hoeft niet verder te kijken dan je bureaublad.

Drie studenten van de McCormick School of Engineering van de Northwestern University - een student, een masterstudent, en hun onderwijsassistent hebben bewezen dat potloden en gewoon kantoorpapier kunnen worden gebruikt om functionele apparaten te maken die spanning kunnen meten en gevaarlijke chemische dampen kunnen detecteren.

Een paper waarin hun bevindingen worden beschreven, "Met potlood getekende rekstrookjes en chemieweerstanden op papier, " werd op 22 januari gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , een open access tijdschrift van de Nature Publishing Group.

Het project ontstond in de herfst van 2011 in de cursus Inleiding tot geleidende polymeren van McCormick (MSE 337) tijdens een discussie over de geleidende eigenschappen van grafeen, een één-atoom dikke laag koolstof die kan worden ontleed uit een gewone potloodstift. (Een verkeerde benaming, potlood "lood" bestaat eigenlijk uit grafiet in een kleibindmiddel.)

"Als je een lijn trekt op een stuk papier, het grafiet kan talrijke grafeenplaten afwerpen, " zei Jiaxing Huang, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek die de cursus doceerde en die co-auteur was van het papier. "Een leerling vroeg 'Kunnen we dat grafeen ergens voor gebruiken?' Dat begon een verkenning van wat potloodsporen kunnen doen."

Een team van studenten - waaronder hoofdauteurs Cheng-Wei Lin (MS materiaalkunde '13) en Zhibo Zhao (BS materiaalkunde '13) - begon met het meten van de geleidbaarheid van een potloodspoor op papier, vervolgens de sporen gebruikt om een ​​rudimentaire elektrode te maken. Ze ontdekten dat het krullen van het papier in één richting de geleidbaarheid van het spoor verhoogde door de geleidende grafeendeeltjes samen te drukken. Door het papier in de andere richting te krullen, werd het grafeennetwerk losser en verminderde de geleidbaarheid.

De studenten wendden zich vervolgens tot de sporen van een buigbaar speelgoedpotlood. (Deze nieuwe potloden zijn flexibel omdat het grafiet niet met klei wordt gemengd, maar met een polymeer bindmiddel.) Nogmaals, geleidbaarheid kan worden verhoogd en verlaagd door het papier te manipuleren, maar de studenten ontdekten dat het ook werd beïnvloed door de aanwezigheid van vluchtige chemische dampen, zoals die van giftige industriële oplosmiddelen.

Wanneer de chemische stof aanwezig is, het polymeer bindmiddel absorbeert de dampen en zet uit, het grafeennetwerk uit elkaar duwen en de geleidbaarheid verminderen. De geleidbaarheid nam het meest af in aanwezigheid van dampen die gemakkelijker door het polymeerbindmiddel worden geabsorbeerd.

Dit soort chemische sensoren, ook wel 'chemiresistoren' genoemd, zijn sleutelelementen in 'elektronische neuzen' voor het detecteren van giftige chemische dampen. Bij het maken van chemi-resistors, onderzoekers gebruiken vaak duurdere materialen, zoals netwerken van koolstofnanobuisjes of metalen nanodeeltjes, en moeten ze in polymeermatrix dispergeren om een ​​netwerk te vormen.

"Onze studenten hebben nu laten zien dat dit eenvoudig met potlood en papier kan - en het werkt, Huang zei. "Dit is een geweldig voorbeeld dat laat zien hoe nieuwsgierigheid leidt tot innovatief werk."

Andere toepassingen van de potlood-en-papiertechnologie zouden onconventioneeler kunnen zijn. "Het zou kunnen helpen om een ​​nieuwe vorm van kunst te inspireren, Huang zei. "Misschien kan men 'slimme' en interactieve tekeningen maken, waarin de kunst zelf het circuit is en kan reageren op de omgeving."

Naast Lin, Zhao, en Huang, Jaemyung Kim (PhD materiaalkunde '13), die als onderwijsassistent voor de cursus diende, co-auteur van het artikel.