Три студента из школы Маккормика Северо-западного университета доказали, что простые карандаши и обычная офисная бумага могут использоваться для создания функциональных устройств, способных измерять напряжение и выявлять опасные химические пары.

Результаты работы опубликованы в издании Scientific Reports. Проект стартовал в 2011 году, во время обсуждения проводимости графена, который можно выделить в обычном карандашном грифеле.

«Когда мы проводим карандашом на бумаге линию, графит оставляет на ней многочисленные листы графена», сообщил доцент материаловедения и инжиниринга Цзяцин Юань. „Студенты поинтересовались, нельзя ли как-то  использовать этот графен. Так и было положено начало исследованию того, что можно сделать с карандашными линиями“.

Группа студентов, включая ведущих авторов Чен Вей Линя и Жи Бо Жао, начала с измерения проводимости карандашного следа на бумаге, а затем использовала следы для создания элементарного электрода. Исследователи выяснили, что закручивание бумаги в одном направлении повышает проводимость грифельных следов за счет сжатия проводящих частиц графена. Закручивание бумаги в другом направлении ослабляет графеновую сеть и сокращает проводимость.

Студенты обратились к следам, оставляемым гнущимся игрушечным карандашом, чья гибкость обусловлена тем, что в грифель подмешивается не глина, а полимер. И вновь проводимость можно было повышать и уменьшать, манипулируя бумагой, однако студенты установили также влияние наличия летучих химических паров, таких как выделения токсичных промышленных растворителей.

При наличии химиката полимер поглощает пары и расширяется, выталкивая графеновую сеть и сокращая ее проводимость. Особенно сокращение проводимости было заметным в присутствии паров, которые с большей готовностью поглощаются полимером.

Такой тип химического датчика, называемый также хемирезистором, является ключевым элементом «электронного носа», используемого для выявления токсичных химических паров. При создании таких хемирезисторов часто используются более дорогие материалы, такие как сети углеродных нанотрубок или металлических наночастиц, которые необходимо рассеивать в полимерную матрицу для формирования сети.

«Наши студенты показали, что добиться этого можно с простым карандашом и обычной бумагой», отметил Юань. „Это пример того, как любопытство приводит к инновационной работе“.

Другие применения технологии на основе карандаша и бумаги могут оказаться менее традиционными. «Возможно, с их помощью можно будет создавать умные и интерактивные рисунки, способные реагировать на окружающую среду», заключил Юань.