“爆炸渗流”过程带来先进导电涂料

据发表在《自然·通讯》杂志上的一项新研究，英国苏塞克斯大学的研究人员利用“爆炸渗流”过程开发出一种高导电聚合物纳米复合材料，该过程类似于病毒的网络传播。这一发现是一个偶然，对研究人员来说也是科学上的第一次。

渗流过程是液体技术发展中的一个重要组成部分，它是一个系统中的统计连通性，比如当水流经土壤或咖啡渣。“爆炸渗流”这一数学过程也可应用于人口增长、金融系统和计算机网络，但在材料系统中从未见过，而这正是研究人员希望看到的过程。

在实验中，研究人员将聚合物乳胶球加入氧化石墨烯中。通过干燥这种溶液，就像干燥油漆一样，氧化石墨烯被困在球体之间，随着加入更多的石墨烯，这些石墨烯薄片最终在乳胶膜内形成一个“渗流”网络。

然而，由于氧化石墨烯不导电，研究人员进行了一些温和的加热（150℃，类似用于干燥油漆的热枪的温度），以消除化学缺陷。此时，这些薄膜不仅像预期的那样具有导电性，而且比完全由石墨烯制成的薄膜的导电性更强。他们见证了导电性呈指数级增长。

这种新出现的材料行为带来了一种新的高导电涂料解决方案，因为氧化石墨烯是一种廉价且易于大规模生产的纳米材料。导电涂料和油墨在新的印刷技术中有一系列应用，例如赋予涂层抗静电等特性或制造可阻挡电磁干扰（EMI）的涂层，在可穿戴健康监测器的开发中也至关重要。

研究人员称，此次实验中渗流网络的发展类似于高传播性病毒变种的出现，可让科学家利用流行病模型来开发令人兴奋的新材料。

研究人员还指出，由于氧化石墨烯的廉价和可扩展特性，这一成果将带来可负担得起的高导电聚合物复合材料，从而极大地提高包括电池在内的电动汽车材料的可持续性，并有可能在陶瓷等材料中添加导电涂层。

渗流，是数学、统计物理和网络科学中的基本问题之一，也常被用来分析病毒传播、信息传播和社会关系。爆炸渗流，形象地描述在复杂网络之中，当某种东西达到阈值就会引起爆炸性甚至失控地改变。研究人员此次创造性地将这一理论用新材料的生成，让石墨烯薄片在乳胶膜内形成一个“渗流”网络，石墨烯薄膜构成的这一导电系统呈指数级增长。研究人员认为，类似方法可以让科学家利用流行病模型来开发新材料，这也再次彰显了学科融合交叉对创新的促进作用。