産業資訊 / Industry

前沿:激光誘導制備石墨烯紙

近日,著名雜志《Small》(IF: 9.598, Q1)與《Carbon》(IF:7.082,Q1)先後在線刊登了北京航空航天大學青年千人羅斯達教授團隊的最新研究成果“Laser-InducedFreestanding Graphene Papers: A New Route of Scalable Fabrication with TunableMorphologies and Properties for Multifunctional Devices and Structures”與“HybridSpray-coating, Laser-scribing and Ink-dispensing of Graphene Sensors/arrayswith Tunable Piezoresistivity for in situ Monitoring of Composites”。北航2017級博士生王亞楠與2016級碩士生王勇分别為文章的第一作者,羅斯達教授為兩篇文章的唯一通訊作者,北航為唯一通訊單位。

石墨烯紙的先進激光連續制造及多尺度形态加工

石墨烯紙(GraphenePaper, GP)作為一種超輕、超薄、高強、高導電導熱的自支撐宏觀二維材料,在柔性電子、智能結構、儲能器件、生物醫學等領域具有潛在應用。傳統GP的制備主要依賴于液相組裝法,其原料昂貴、工藝繁瑣、加工效率低,不利于大規模制備與應用。針對上述問題,研究團隊以多孔聚酰亞胺纖維聚合薄膜(PI紙)為碳源,CO2為激光源,首次利用先進激光誘導石墨烯技術(Laser Induced Graphene, LIG)制備出無基質的大尺寸石墨烯紙。研究發現,PI紙具有的特殊多孔層狀纖維網絡結構,可均勻吸收激光輻照的能量,并大幅度抑制石墨化過程引發的結構變形、松質、破損、失焦等加工難題,因此确保了GP材料的連續大尺寸加工。圖1所展示的激光誘導單張GP材料(1400平方厘米),已具有實驗室級别石墨烯紙制備的最大尺寸之一。此外,該GP材料所具備的柔性與韌性保障其可通過激光二次加工實現各種多尺度複雜結構,并可以和樹脂、矽膠、複合材料等先進工業材料進行進一步的一體化融合制造。

通過系統的加工-結構-性能關系探索研究,該先進激光誘導GP材料具備了優異的力學、電學、壓阻、焦耳熱、電容、超疏水等物理化學特性,可實現如圖2所示的各種柔性電子器件以用于可穿戴人體/機器人動作捕捉、高危液體監測、油水分離,抗菌以及具有阻燃、防/除冰、狀态自感知、可低能耗在線制造的先進航空樹脂基複合材料。本研究提出的激光誘導石墨烯紙技術及其低成本大面積制備、性能調控與優化與多功能應用可為宏觀石墨烯材料與結構的大規模制備與商業應用帶來一定的指導性思路與科學意義。

激光誘導石墨烯紙的可調控結構、性能及多功能應用

羅斯達教授主要從事微納傳感、柔性器件、複合材料、智能結構健等方面的研究工作,近年來相繼在Advanced Materials、AdvancedFunctional Materials、Small、ACSApplied Materials & Interfaces、Carbon、CompositeStructures等知名期刊發表多篇學術論文。 (原标題:北航在石墨烯納米柔性器件制造方面取得重大進展)

(來源:烯碳資訊)

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