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导读
背景 如今，石墨烯已成为备注各界关注的新材料，甚至获得了“新材料之王”的美誉。这种由单层碳原子组成的蜂窝状结构，赋予了石墨烯许多卓越的特性，例如导电导热性好、强度高、结构稳定、透光性好、超轻薄等。因此，石墨烯可应用于诸多领域，例如柔性电子、高效晶体管、新型传感器、新材料、电池、超级电容、半导体制造、新能源、通信、太赫兹技术、医疗、航天能源技术、分子电子等。 对于石墨烯的大规模生产和商业应用来说，高质量石墨烯的制备方法显得非常关键，常见的方法有：微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法等，此外还有一些创新型的制备方法，例如“微流化法”、“爆炸法”、“激光诱导法”等。 今天，让我们首先来回顾一下美国莱斯大学化学家 James Tour 的实验室采用激光诱导生成石墨烯的相关科研进展。 2014年，Tour 实验室通过激光燃烧普通的廉价塑料（聚酰亚胺）板，首次制造出了“激光诱导石墨烯（LIG）“。简单说，激光诱导石墨烯是由单层碳原子组成的薄片状泡沫。激光燃烧掉大约一半的塑料，将其顶部转化为互相连接的石墨烯薄片，而这种石墨烯薄片仍然与底部保持着连接。在室温下，激光诱导石墨烯会以宏观图案的形式被制造出来。这一步的处理不仅为材料带来了更多的特性，而且与传统化学气相沉积技术相比，花销也少了很多。 （图片来源： 莱斯大学 / Tour Group） 后来，Tour 实验室认为“任何具有适当碳含量的物体都可以转化为石墨烯”。去年2月份，在这一观点基础上，Tour 的实验室拓展出一项新的工艺，采用激光在纸张、衣服、煤炭、吐司面包等物品中生成了激光诱导石墨烯。 （图片来源： 莱斯大学 / Jeff Fitlow） （图片来源： 莱斯大学 / Jeff Fitlow） （图片来源： 莱斯大学 / Jeff Fitlow） 写入目标材料中的激光诱导石墨烯图案，可用于制造超级电容、燃料电池的电催化剂、RFID天线、生物传感器等。例如，激光诱导石墨烯图案可成为记录生产地址、生产日期等信息的RFID标签，也可成为检测食品中大肠杆菌及其他微生物的传感器。此外，它还可以作为柔性可穿戴电子器件，例如放置在衣服中用于加热，或者用于添加传感器和导电图案。 去年6月份，莱斯大学 James Tour 实验室又取得了新进展，让激光诱导石墨烯实现了从二维到三维的飞跃。他们开发出了一种通过激光和石墨烯泡沫制造三维的激光诱导石墨烯的简单方法，这种新方法基于分层实体制造技术。这种三维的激光诱导石墨烯有望应用于能量存储器件以及柔性电子传感器等领域。 （图片来源： 莱斯大学 / Tour Group） （图片来源： 莱斯大学 / Tour Group） 创新 上述研究表明，激光诱导石墨烯本身有着许多令人感兴趣的特性。然而，如果成为复合材料的一部分，激光诱导石墨烯还将释放出更多的潜力。 近日，美国莱斯大学实验室化学家 James Tour 与位于以色列内盖夫的本-古里安大学教授 Christopher Arnusch 在美国化学会期刊《ACS Nano》上提出了一批激光诱导石墨烯复合材料，这些复合材料使得石墨烯的功能变得更加强健。 |
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