你能相信吗?激光将石墨烯带入商业和量产时代!

提到石墨烯,每个材料人都耳熟能详而且也可以说出它的一些优异性能,但是一直处于实验室阶段无法大规模生产制造。最近,爱荷华州立大学的研究人员发现用激光可以让石墨烯大量生产和应用,为石墨烯应用解锁了新方式。

提到石墨烯,每个材料人都耳熟能详而且也可以说出它的一些优异性能,但是一直处于实验室阶段无法大规模生产制造。最近,爱荷华州立大学的研究人员发现用激光可以让石墨烯大量生产和应用,为石墨烯应用解锁了新方式。

你能相信吗?激光将石墨烯带入商业和量产时代!

在爱荷华州立大学Jonathan Claussen实验室的研究人员(他们喜欢称呼自己为纳米工程师)一直在致力于发掘石墨烯的各种使用方式、石墨烯在传感器方面的惊人特性以及其他方面的技术。

石墨烯是碳的原子级厚的片材,具有多种让人印象深刻优异的性能,例如优异的导电和导热性能、高强度和高稳定性等。研究人员不满足仅仅在实验室研究石墨烯的性能,他们一直致力于实现石墨烯应用商业化和量产化。

最近喷墨打印机打印多层石墨烯电路和电极的项目给了爱荷华州的工程师灵感,他们考虑用该技术区生产柔性、耐磨、低成本的电子产品。举个例子,爱荷华州机械工程博士后助理研究员和美国能源部埃姆斯实验室助理Suprem Das提出:“我们能否大量生产可作为葡萄糖传感之用的石墨烯基传感器?”

但是石墨烯印刷存在着现在油墨印刷的通病。石墨烯材料一旦印刷,必须进行处理来提高其导电性能和器件性能。通常需要高温或者化学物质处理,但这两种处理方法都会降低石墨烯柔性并对一次性的印刷表面如塑料薄膜或纸张产生损伤。

所以Das和Claussen提出了利用激光处理石墨烯的想法。爱荷华州机械工程副教授和埃姆斯实验室助理Claussen与美国普渡大学工业工程系副教授Gary Cheng准备一起验证这种想法的可行性。

他们成功了。他们发现用脉冲激光处理喷墨打印的多层石墨烯电路和电极可以提高石墨烯的导电性,而且不会破坏纸张、聚合物或者其他易碎的印刷表面。

Claussen说:“这个研究掀开了商业化和规模化生产石墨烯的新篇章”。

这项研究结果发表在Nanoscale杂志。Claussen、Cheng是主要作者,而Das是第一作者。其他著作者有爱荷华州机械工程研究生Allison Cargill, John Hondred 和Shaowei Ding,还有普渡大学工业工程院研究生Qiong Nian 和Mojib Saei。

克劳森说:“这个项目的突破在于将喷墨打印的石墨烯转变成新应用中的导电材料。”这些应用可能包括生物传感器、储能系统、导电器件甚至纸基电子设备。

他们的想法是采用计算机控制激光选择性的照射喷墨印刷的石墨烯氧化物。这种处理方法能消除油墨粘合剂并还原氧化石墨烯成石墨烯—从而成千上万的微小石墨烯薄片可物理性的拼接在一起。这个过程使石墨烯导电性提高了1000多倍。

Das说:“快速脉冲激光的高能量光子不会破坏石墨烯或者衬底。它们只局部加热,局部撞击和局部加工”。

局部加工也改变了印刷石墨烯的形状和结构,使它从一个平面变成了凸起的3D纳米结构。工程师们说,3D纳米结构就像从表面升起的微小花瓣,它不仅能增加石墨烯的电化学反应活性而且使它在化学和生物传感器上更有用。

爱荷华州立大学Claussen团队所有的付出和努力将促进石墨烯商业应用化进程。研究人员在论文中写到:“这项工作不仅为纸基石墨烯电子设备铺平了道路,它还为创造低成本和一次性石墨烯基电化学电极应用提供了可能,这些应用包括传感器,生物传感器,燃料电池和(医疗)设备等”。

原文链接:Laser processing could bring graphene into the real world

文献链接:3D nanostructured inkjet printed graphene via UV-pulsed laser irradiation enables paper-based electronics and electrochemical devices 。

本文来自材料牛,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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