速訊：純石墨烯有助入眠？ 我科學家發現石墨烯電加熱紅外輻射波影響人類腦電波

石墨烯紅外輻射與腦電波活動實驗測試。受訪者供圖

石墨烯發熱散發“生命之光”起到深度理療作用、石墨烯加熱發射的遠紅外線激活身體細胞核酸蛋白質等生物分子、石墨烯改性纖維的枕套面料可以除濕防螨保暖……在網絡上搜索石墨烯，會出現一堆打著石墨烯功效旗號的產品。

(資料圖片)

一種無生命的物質究竟有沒有網絡上所說的諸多神奇功效?

對此，浙江大學長期從事石墨烯研究的林時勝教授接受科技日報記者專訪時表示，他購買過市面上幾乎所有打著健康功效的石墨烯概念產品，研究證實大部分實際上只是使用了“石墨烯”字眼，產品中并沒有石墨烯或者只是摻了非常少的石墨烯，甚至很多商家用銅來替代石墨烯，混淆了概念。

那純石墨烯對生命健康有沒有功效呢?

“有，最近我們從腦電波物理數據得到一個原創研究結論，指出100%純石墨烯電加熱紅外輻射波促進人體腦電波的新方法。”林時勝團隊表示，這一研究成果有望應用于促進快速入眠以及改善睡眠等大健康護理等領域，該研究成果于近日在《Small Science》刊發。

二維量子材料與腦電波的碰撞思考

作為一種二維材料，石墨烯具有獨特的電子、光學、熱學和機械性能，如優異的載流子遷移率、強的電子-電子間相互作用和超高導熱性。

研究表明，當對石墨烯膜施加偏置電壓時，大部分電子能量可以轉化為紅外輻射。紅外輻射是一種波長比可見光更長的不可見電磁波，可進一步細分為三種不同波長：近紅外、中紅外和遠紅外輻射。林時勝介紹，當電流通過石墨烯時，中紅外線和遠紅外線(4–20微米)輻射到自由空間，多層石墨烯膜遠紅外發射率超過90%，產生的紅外輻射可穿透人體皮膚2–3微米。

醫學研究表明，人體腦電波中Alpha波和Theta波被證明與大腦的創造性活動、記憶力、感知能力以及睡眠等有關。眾所周知的現象：修行打坐使人寧靜，焦躁不安則難以入睡。究其原因，打坐時腦電波的強度和時長比煩躁時更強、更長。

研究還證明，腦電波Alpha波的減弱和頻次減少是衰老甚至阿爾茨海默癥的主要特征。“因此，調節和激活腦電波可能是改善大腦活動和恢復的有效和潛在方法，特別是與注意力、抑制過程、記憶、感知能力和睡眠有關的Alpha波和Theta波頻率的腦電波活動。”林時勝說道。

“石墨烯的紅外輻射可穿透人體皮膚，且覆蓋人體自然紅外輻射光波，讓人覺得特別舒服，我就在思考一個問題：如何用物理量來體現石墨烯中遠紅外的舒服?而腦電波Alpha波就是會讓人愉悅，那是否意味著石墨烯紅外輻射與腦電波活動有聯絡?”林時勝說，自己做科研一直秉承既做有趣又做有用的理念，因此將這個“天馬行空”的想法付諸研究。

讓有趣變為有用的石墨烯

林時勝一直秉承跨專業創新的思想與實踐，立足于半導體物理與器件研究，石墨烯一直是他感興趣的研究對象。26歲博士畢業時，他發郵件給從事石墨烯研究的諾貝爾獎物理學獎得主安德烈海姆教授，希望共同就石墨烯的半導體改性以及物理開展研究，這一當時較為創新的想法也得到了安德烈海姆的認可，因此2010年林時勝赴英國曼切斯特大學物理與天文學系，在課題組開展了為期半年的研究，并在石墨烯的電子-聲子相互作用等方向取得了第一手的科研經驗與相關成果。

回國后的十年多時間里，林時勝在浙江大學一直從事石墨烯光電器件的研究，2012年，29歲的林時勝成為浙江大學的博士生導師，獨立帶領團隊十年來已經開發了石墨烯水發電、石墨烯太陽能、動態二極管、液體光電探測器等多項原創研究成果，同時在石墨烯5G基站散熱以及石墨烯加熱系統方向取得了很好的產業應用，更直接服務于國家的碳達峰碳中和戰略。這些產業研究與實踐給了很好的問題，就是如何將更加前沿的有趣研究與產業緊密結合，石墨烯是否有著我們沒有意識到的獨特應用?

最近，基于長期的科研積累以及敏銳的創新能力，林時勝團隊發現石墨烯電熱膜的紅外輻射可以明顯促進人腦中的Alpha波和Theta波的出現頻率和持續時間。通過對單層石墨烯、多層石墨烯、水、銅等材料進行加熱后發現，多層純石墨烯膜得到的效果是最好的，且在50℃加熱下，人體腦電波中Alpha波和Theta波出現頻率和持續時間可以分別有效提高2.3/2.9和3.0/4.1倍。

為何多層石墨烯能夠提升腦電波的出現頻率和持續時間?林時勝介紹，通過系統地研究不同工作溫度和加熱材料的效果比較，表明多層石墨烯電熱膜的有效紅外輻射波與人體熱輻射波長范圍相近都為7-14微米，可以在分子水平上對人類產生強烈的旋轉和振動效應。

“這種石墨烯電加熱促進腦電波的方法提供了一種便捷、無創的方式來調節和激發人類腦電波，這將在解決睡眠問題以及調節情緒等方面有潛在應用。”林時勝認為，石墨烯電熱膜電加熱器是一種方便且無創的腦電波Alpha波、Theta波增強手段，可以用于增強與記憶和注意力等系統相關的神經認知功能，這在日益擴大的醫療保健需求領域具有許多潛在應用。

如今，林時勝團隊正著手將該項研究轉化為有用的科研成果，石墨烯促進睡眠的測試也在浙江重要醫院進行了相關醫學測試。測試結果顯示，測試對象在閉眼情況下，Alpha波和Theta波的出現頻率變多，且持續時間明顯變長，讓人更加容易入眠。

關鍵詞： 紅外輻射 持續時間 浙江大學 研究成果