纯石墨烯有助入眠？ 我科学家发现石墨烯电加热红外辐射波影响人类脑电波

转自：中国科技网

科技日报记者 江耘

石墨烯发热散发“生命之光”起到深度理疗作用、石墨烯加热发射的远红外线激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子、石墨烯改性纤维的枕套面料可以除湿防螨保暖……在网络上搜索石墨烯，会出现一堆打着石墨烯功效旗号的产品。

一种无生命的物质究竟有没有网络上所说的诸多神奇功效？

对此，浙江大学长期从事石墨烯研究的林时胜教授接受科技日报记者专访时表示，他购买过市面上几乎所有打着健康功效的石墨烯概念产品，研究证实大部分实际上只是使用了“石墨烯”字眼，产品中并没有石墨烯或者只是掺了非常少的石墨烯，甚至很多商家用铜来替代石墨烯，混淆了概念。

那纯石墨烯对生命健康有没有功效呢？

“有，最近我们从脑电波物理数据得到一个原创研究结论，指出100%纯石墨烯电加热红外辐射波促进人体脑电波的新方法。”林时胜团队表示，这一研究成果有望应用于促进快速入眠以及改善睡眠等大健康护理等领域，该研究成果于近日在《Small Science》刊发。

二维量子材料与脑电波的碰撞思考

作为一种二维材料，石墨烯具有独特的电子、光学、热学和机械性能，如优异的载流子迁移率、强的电子-电子间相互作用和超高导热性。

研究表明，当对石墨烯膜施加偏置电压时，大部分电子能量可以转化为红外辐射。红外辐射是一种波长比可见光更长的不可见电磁波，可进一步细分为三种不同波长：近红外、中红外和远红外辐射。林时胜介绍，当电流通过石墨烯时，中红外线和远红外线（4–20微米）辐射到自由空间，多层石墨烯膜远红外发射率超过90%，产生的红外辐射可穿透人体皮肤2–3微米。

医学研究表明，人体脑电波中Alpha波和Theta波被证明与大脑的创造性活动、记忆力、感知能力以及睡眠等有关。众所周知的现象：修行打坐使人宁静，焦躁不安则难以入睡。究其原因，打坐时脑电波的强度和时长比烦躁时更强、更长。

研究还证明，脑电波Alpha波的减弱和频次减少是衰老甚至阿尔茨海默症的主要特征。“因此，调节和激活脑电波可能是改善大脑活动和恢复的有效和潜在方法，特别是与注意力、抑制过程、记忆、感知能力和睡眠有关的Alpha波和Theta波频率的脑电波活动。”林时胜说道。

“石墨烯的红外辐射可穿透人体皮肤，且覆盖人体自然红外辐射光波，让人觉得特别舒服，我就在思考一个问题：如何用物理量来体现石墨烯中远红外的舒服？而脑电波Alpha波就是会让人愉悦，那是否意味着石墨烯红外辐射与脑电波活动有联络？”林时胜说，自己做科研一直秉承既做有趣又做有用的理念，因此将这个“天马行空”的想法付诸研究。

让有趣变为有用的石墨烯

林时胜一直秉承跨专业创新的思想与实践，立足于半导体物理与器件研究，石墨烯一直是他感兴趣的研究对象。26岁博士毕业时，他发邮件给从事石墨烯研究的诺贝尔奖物理学奖得主安德烈海姆教授，希望共同就石墨烯的半导体改性以及物理开展研究，这一当时较为创新的想法也得到了安德烈海姆的认可，因此2010年林时胜赴英国曼切斯特大学物理与天文学系，在课题组开展了为期半年的研究，并在石墨烯的电子-声子相互作用等方向取得了第一手的科研经验与相关成果。

回国后的十年多时间里，林时胜在浙江大学一直从事石墨烯光电器件的研究，2012年，29岁的林时胜成为浙江大学的博士生导师，独立带领团队十年来已经开发了石墨烯水发电、石墨烯太阳能、动态二极管、液体光电探测器等多项原创研究成果，同时在石墨烯5G基站散热以及石墨烯加热系统方向取得了很好的产业应用，更直接服务于国家的碳达峰碳中和战略。这些产业研究与实践给了很好的问题，就是如何将更加前沿的有趣研究与产业紧密结合，石墨烯是否有着我们没有意识到的独特应用？

最近，基于长期的科研积累以及敏锐的创新能力，林时胜团队发现石墨烯电热膜的红外辐射可以明显促进人脑中的Alpha波和Theta波的出现频率和持续时间。通过对单层石墨烯、多层石墨烯、水、铜等材料进行加热后发现，多层纯石墨烯膜得到的效果是最好的，且在50℃加热下，人体脑电波中Alpha波和Theta波出现频率和持续时间可以分别有效提高2.3/2.9和3.0/4.1倍。

为何多层石墨烯能够提升脑电波的出现频率和持续时间？林时胜介绍，通过系统地研究不同工作温度和加热材料的效果比较，表明多层石墨烯电热膜的有效红外辐射波与人体热辐射波长范围相近都为7-14微米，可以在分子水平上对人类产生强烈的旋转和振动效应。

“这种石墨烯电加热促进脑电波的方法提供了一种便捷、无创的方式来调节和激发人类脑电波，这将在解决睡眠问题以及调节情绪等方面有潜在应用。”林时胜认为，石墨烯电热膜电加热器是一种方便且无创的脑电波Alpha波、Theta波增强手段，可以用于增强与记忆和注意力等系统相关的神经认知功能，这在日益扩大的医疗保健需求领域具有许多潜在应用。

如今，林时胜团队正着手将该项研究转化为有用的科研成果，石墨烯促进睡眠的测试也在浙江重要医院进行了相关医学测试。测试结果显示，测试对象在闭眼情况下，Alpha波和Theta波的出现频率变多，且持续时间明显变长，让人更加容易入眠。