泡沫传感器

日化产品，洗面奶，洗发水，洗衣液等都会产生合适的泡沫，为什么沐浴露洗面奶一切可以起泡的东西都是越丰富越讨人喜欢？因为在揉搓出丰富泡沫的过程中，很容易产生幸福感和仪式感，一整天的油腻腻都被洗掉了。然鹅，在购买产品的时候，我们习惯提前在网上看各种洗护产品起泡性的测评结果，其中有些是请消费者试用后测评，并且录制了整个测评过程，看起来很有说服力。但是这些测评结果是否可信？心机若在，忽悠就在，大不了套路再来殊不知， 产品检测应是严谨的，小克作为一个有节操的，有良心的厂家，有必要拿出自己的看家仪器，来对日化产品（此次主要是洗面奶）的起泡能力和泡沫的细腻程度做一个科学的测评，帮助大家选购合适的产品。测试之前，我们先来看看泡沫和清洁能力之间的“一毛钱关系”这当然得从洗面奶的去污机理说起咯~日化产品中，起清洁能力的主要是表面活性剂，一般具有亲水端和疏水端，这使得它能够分布于气液相界面上。清洗的时候，用手揉搓洗面奶，气体和液体互相接触，表面活性剂迅速的分布在气液界面上，便能够打出丰富且稳定的泡沫。当洗面奶和皮肤接触的时候，水中的表面活性剂亲水端分布在水中，疏水端跟污垢结合在一起，多个表面活性剂分子将脏东西从皮肤表面清洗下来，再包裹起来，和水一起冲掉。这个时候，请注意上图，将污垢洗掉的表面活性剂分子，是在水中的，而不参与清洁过程的多余表面活性剂，才会分布在气液界面上，形成泡沫。所以，泡沫的多少跟清洁能力强弱没有明显的关系，泡沫只是清洁过程的副产物，但泡沫有时候也可以给我们重要的指示作用。01泡沫的产生证明了表面活性剂过量。当表面活性剂分子跟污垢结合的时候，也就是大部分表面活性剂都去干活了，没有多余的表面活性剂再产生泡沫。尤其是在洗头发的时候，头皮上有太多的油脂存在，全部用来消耗表面活性剂了，第一遍的洗发水揉搓后并不会产生太多的泡沫。如果我们再清洗一遍头发，此时油脂已经被清洗掉了，富余的表面活性剂才会产生大量的泡沫。所以，起泡泡＝干净这个逻辑推理本质上是没错的，但是并不是起的泡泡越多清洁效果越强，而是起泡泡越多证明清洁剂过量，已经洗干净了。02另外，泡沫也能带来愉悦的肤感。使用泡沫细密丰富的洗面奶，就像是一头扎进了云朵里，说不出的舒适和快乐。浓密细腻的泡沫，可以增大与皮肤的接触面积，并且将表面活性剂均匀的分散在气泡中，尤其是皮肤屏障受损或者比较脆弱的情况下，不会因为局部的表面活性剂太多造成皮肤敏感。所以这就是为什么洗面奶需要打出丰富的泡沫才能上脸，甚至很多人会借助于起泡网，起泡瓶等来产生泡沫。解释完这个机理后，我们再来看看应该如何科学的测评洗面奶的起泡性和泡沫的细腻程度。仪器：krüss dfa100泡沫分析仪dfa100型泡沫测试仪可为泡沫起泡性能和泡沫的衰变速度提供准确的测量结果，其主要原理为利用搅拌或鼓气的方式产生泡沫，根据样品的透光率，通过光学传感器来监测泡沫产生的高度和泡沫结构。此次选择了市场上几个最受欢迎的洗面奶进行了测试，具体成分信息见表1。根据实际使用中对洗面奶的稀释情况，将洗面奶与水按照1:10的比例调配成溶液，实验时移取100ml溶液于测试玻璃量柱中，采用专用的foam flash间歇搅拌的起泡方式，即搅拌2s静止3秒，多次重复的方法，在洗面奶溶液与空气充分接触的过程中产生泡沫，来模拟实际使用情况。不同品牌由于添加的表面活性剂性质不同，起泡性和泡沫结构也会呈现出不一样的结果。表1 洗面奶中的主要表面活性剂种类1.总高度结果（泡沫+液体高度）- 起泡性样品的起泡能力与泡沫高度是密切相关的。一般来讲，在相同浓度下，样品起泡性越强，产生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的样品，其泡沫高度也相对较低。并且起泡能力是与时间相关的，随着搅拌时间的增大，产生的泡沫也越多。为了比较6种品牌洗面奶的起泡能力，通过foam flash模式搅拌100s，测试样品的总高度，结果见图1。图1 不同样品的总高度对比图由图1可以看出，senka和森田这2个品牌的总高度较高，达到了180mm以上。它们都是皂基型的配方，起泡性较强，泡沫丰富细腻，清洁力也较强，但使用后可能会有紧绷感或皮肤发干的感觉。丝塔芙的总高度最低，它的配方使用的是月桂醇硫酸酯钠表面活性剂，起泡性就比较差。雅漾凝胶配方中的月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠作为一种非离子表面活性剂，泡沫丰富度一般，清洁效果适中，外观为透明凝胶状，在6个总高度中也相对较低。旁氏作为氨基酸型的代表，起泡能力强，整体总高度也比较高。自然哲理的总高度在所有样品内处于居中位置，这与其配方中的两性表面活性剂的性质也相对符合。2.泡沫结构和泡沫稳定性泡沫结构可以直观的分析洗面奶泡沫的细腻程度，并解释泡沫的稳定性。图2展示了6个不同样品分别在100s、500s和1000s下的泡沫结构图。可以看出雅漾凝胶的泡沫结构随时间变化最大，sanka、森田、丝塔芙的泡沫则相对比较细腻。图2 泡沫结构图3.总结每一个清洁产品配方都需要根据使用场景来选择合适的泡沫性能。某些产品，如手洗餐具洗涤剂和洗发香波，需要较高而持久的泡沫。其他产品，如自动洗碗机用洗涤剂和游泳池消毒剂，则需要较低且能快速消失的泡沫。在没有观察体验过产品实物的情况下单凭配方表做出的任何产品评测，都只能仅供参考，需要结合实际的产品测评才能确定好坏。而泡沫分析仪，则可以帮助我们科学的分析和量化泡沫产品，优化产品性能。关注我们以获得更多信息活动主题内容提要下载白皮书提供免费泡沫测试名额有关泡沫主题的线上研讨会洗面奶测评报告您可以通过点击阅读原文进入下载页面。邮箱地址：customercare@krusschina.cn

美研制出廉价石墨烯海绵传感器灵敏度是现有最好设备的10倍　　据美国《大众科学》网站近日报道，美国伦斯勒理工学院的科学家最新研制出了一款纤巧、便宜且能重复使用的新式传感器，其由石墨烯泡沫制成，性能远超现在市面上的商用气体传感器，而且，在不远的未来，科学家们能在此基础上研制出更优异的炸弹探测器和环境传感器。　　新传感器摒弃了阻止传感器应用和发展的诸多限制。最近几年，在操作纳米结构并用其制造性能卓越的探测器以精确追踪空气中的化学物质方面，科学家们已经取得了重大的进步，然而，他们研制出的各式各样的传感器，尽管从理论上而言很好，但却并不实用。　　目前传感器的设计都非常复杂，常常依赖单个纳米结构，而且，科学家们需要对这样的结构进行仔细操作以及更加精确的分析。另外，制造出的传感器往往不能重复使用，且必须在特定的温度或压力下才能工作，因此，科学家们一直没有制造出一款可靠、便宜且可以重复使用的手持传感设备。　　现在，伦斯勒理工学院的科学家们使用石墨烯泡沫研制出了这种邮票大小的新型传感器。他们将石墨烯，即单层碳原子，种植在泡沫镍结构上，随后移除泡沫镍，留下一个类似泡沫的石墨烯结构，其具有独特的电性，能够用于执行传感任务。　　当将其暴露于空气中时，空气中的粒子会被吸收到泡沫表面，而且每个这样的粒子会用不同的方式影响石墨烯泡沫，对其电阻进行微小的改动。让电流通过其中并且测量电阻的变化，就能知道泡沫上依附的是什么粒子。科学家们让大约100毫安的电流通过该泡沫，结果发现，这种石墨烯泡沫能够导致粒子解吸，也就是说，粒子自动从传感器上剥落下来，清除这些粒子，传感器就可以重复使用了。　　科学家们对传感器进行了微调，让其来探测氨水(自制爆炸物硝酸氨的关键成分)，该石墨烯泡沫传感器在5分钟到10分钟内就设法探测到了这种富有攻击性的粒子，而且效率是现有市面上最好探测器的10倍。科学家们接着用其来探测有毒气体二氧化氮(爆炸物分解的时候也会释放出这种气体)，结果表明，其效率也是目前商用传感器的10倍。　　石墨烯泡沫非常容易处理且操作简单，而且在室温下也能很好地工作，这都是科学家们非常心仪的特质，该石墨烯泡沫传感器可让科学家们更快制造出更便宜实用的手持传感设备来对大气进行探测。

p 在传统泡沫材料中，电学性能通常不是最关键的性能。但是，三维石墨烯泡沫材料则截然不同，电学性能对于该材料在功能器件方面的应用尤为重要。事实上，合成三维石墨烯泡沫材料的一个重要目的就是为了继承单层石墨烯卓越的电学性能。尽管实验上一直尝试研究甚至改进石墨烯泡沫材料的电学性能，但理论研究的缺乏制约了该方向的进一步发展。这一尴尬局面主要源于石墨烯泡沫材料的复杂性，如石墨烯薄片的多重自由度（层数、尺寸）以及该问题的多尺度特性（涉及到电子德布罗意波长、石墨烯薄片尺度、石墨烯薄片相互接触的特征尺度）。/pp 近期，中国科学院力学研究所副研究员刘峰与王超合作提出了一种理论框架，系统研究了三维石墨烯泡沫的导电性能，并在该体系中发现了电导率极大现象。在该理论框架中，导电过程被分为两个等级。第一级，即最底层，利用介观输运理论结合紧束缚模型研究石墨烯薄片间的电导。第二级，通过分子动力学模拟研究三维石墨烯泡沫材料的网状结构，并提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。结合这两方面信息即可理论计算石墨烯泡沫材料的电导及电导率。该研究发现石墨烯泡沫材料存在电导率极大现象（即随石墨烯薄片层数的增加，电导率先增大后减小），并进一步揭示了该现象的物理机制。/pp 众所周知，在传统泡沫材料中，存在一个优化泡沫密度使热绝缘能力达到最强，这源于固体中热传导与热辐射之间的竞争。而该研究首次在理论上提出存在一个优化层数使三维石墨烯泡沫材料电导率达到最大，并对其物理机制进行了系统研究。该工作为优化三维石墨烯泡沫材料的导电性能提供了理论基础，并将促进该材料在功能器件方面的应用。/pp 进一步，该研究还分析了变形下三维石墨烯泡沫材料的导电性能。在循环加载下，电阻的变化逐渐趋于稳定，同时伴随有滞回环的出现，这与实验观测定性一致。由于大变形是泡沫材料的一个重要特性，研究大变形下石墨烯泡沫材料的导电性能对于应变传感、应变调控等方面的实际应用具有重要的指导意义。/pp 相关结果发表在Small上（F. Liu, C. Wang, Q. Tang, Conductivity Maximum in 3D Graphene Foams,Small2018, 1801458）。该工作获得国家自然科学基金、中科院B类先导项目的支持。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/5addedc1-a85f-428b-8e87-abb19fb9b6da.jpg" title="9.jpg"//pp/pp图1.理论框架。(a)第一级：研究石墨烯薄片间的电导。（b）第二级:提取平均接触面积、平均接触点密度等几何特征。(c) 理论计算结果表明存在电导率极大现象。/pp/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b3859686-a4f8-4a85-bfb6-528a3612ed53.jpg" title="29.jpg"//pp图2. 外载作用下，三维石墨烯泡沫材料的电阻变化规律。（a）不同应变下，三维石墨烯泡沫材料的结构演化。（b）电阻随应变的变化。（c）循环加载下电阻的变化。（d）第七次循环加载下电阻随应变的变化。/ppbr//p