激光诱导的石墨烯在显微镜下收缩，用于柔性电子

科学家记录了由安装在扫描电子显微镜上的小型激光器制造的激光诱导石墨烯的形成。

您无需大激光即可制造激光诱导的石墨烯（LIG）。赖斯大学，田纳西大学诺克斯维尔分校和橡树岭国家实验室的科学家正在使用非常小的可见光束将泡沫形式的碳燃烧成微观图案。

莱斯化学家詹姆斯·图尔（James Tour）的实验室于2014年发现了将普通聚合物转变为石墨烯的原始方法，田纳西州/ ORNL材料科学家菲利普·拉克（Philip Rack）透露，他们现在可以观察到导电材料的形式，因为它在扫描过程中会产生少量的LIG痕迹。电子显微镜（SEM）。

这种改变后的过程在美国化学学会的ACS Applied Materials＆Interfaces中进行了详细说明，它使LIG的特征比宏版本小60％以上，而其体积比以前的红外激光通常要小10倍。

Tour说，较低功率的激光器也使该过程的成本降低了。这可能会导致更广泛的柔性电子产品和传感器的商业化生产。

“电子学应用的关键是制造更小的结构，以便可以具有更高的密度，或者每单位面积上更多的设备，” Tour说。“这种方法使我们可以制造比以前制造的密度高10倍的结构。”

为了证明这一概念，实验室制造了柔性的湿度传感器，用肉眼看不见，直接在商业聚合物聚酰亚胺上制造。该设备能够以250毫秒的响应时间感应人的呼吸。

该论文的主要作者，赖斯博士后研究员迈克尔·斯坦福说：“这比大多数商用湿度传感器的采样率快得多，并且能够监视可能由呼吸引起的局部湿度的快速变化。”

莱斯大学和橡树岭国家实验室的科学家使用安装在扫描电子显微镜上的小型激光器在聚合物上形成导电石墨烯的点和迹线。该技术可产生激光诱导的石墨烯，其特征比宏观模型小60％以上，比红外激光器通常实现的小近10倍。

较小的激光器在光谱的蓝紫色部分泵浦波长为405纳米的光。这些功能不像Tour Group和世界其他国家/地区用来将石墨烯燃烧成塑料，纸张，木材甚至食物的工业激光器那样强大。

安装在SEM上的激光仅燃烧聚合物的最高5微米，形成的石墨烯特征小至12微米。（相比之下，人发的宽度为30到100微米。）

斯坦福大学直接与ORNL合作，利用国家实验室的先进设备。“这就是使这项共同努力成为可能的原因，”图尔说。

扫描电子显微镜图像显示了聚酰亚胺膜上的两条激光诱导的石墨烯痕迹。使用安装在显微镜上的激光将图案烧成胶片。该技术显示出开发柔性电子产品的希望。

“我做了很多博士学位。斯坦福说：“因此，我意识到优秀的设施和科学家以及他们如何为我们的项目提供帮助。”“我们创建的LIG功能是如此之小，以至于如果我们要租赁这些图案然后在显微镜下搜索它们，几乎是不可能找到的。”

Tour的小组最近推出了闪光石墨烯，可将垃圾和食物垃圾立即转化为有价值的材料。Tour表示，新的LIG工艺为将电子电路写入服装等柔性基材中提供了一条新途径。

Tour说：“虽然闪蒸工艺会产生大量的石墨烯，但LIG工艺将允许直接合成石墨烯以用于表面上的精确电子应用。”

参考：“高分辨率激光诱导石墨烯。柔性电子超出可见极限”，作者：Michael G. Stanford，Cheng Zhang，Jason Davidson Fowlkes，Anna Hoffman，Ilia N. Ivanov，Philip D. Rack和James M. Tour，2020年2月10日，ACS应用材料与接口。DOI：
10.1021 / acsami.0c01377

该论文的共同作者是UT Knoxville的博士后研究员Cheng Zhang和研究生Anna Hoffman，橡树岭国家实验室的研发科学家Ilia Ivanov，以及UT Knoxville和Oak Ridge的背景科学家Jason Davidson Fowlkes。

Tour是T.T.和W.F.Chao担任化学系主任，并在莱斯担任计算机科学，材料科学和纳米工程学教授。Rack是UT诺克斯维尔大学的教授，伦纳德·G·彭兰德教授和材料科学与工程学系副主任，以及橡树岭纳米材料科学中心的联合工作人员。

空军科学研究所和美国能源部为这项研究提供了支持。