你能相信嗎？激光將石墨烯帶入商業和量產時代！

材料牛注：提到石墨烯，每個材料人都耳熟能詳而且也可以說出它的一些優異性能，但是一直處于實驗室階段無法大規模生產制造。最近，愛荷華州立大學的研究人員發現用激光可以讓石墨烯大量生產和應用，為石墨烯應用解鎖了新方式。

在愛荷華州立大學Jonathan Claussen實驗室的研究人員（他們喜歡稱呼自己為納米工程師）一直在致力于發掘石墨烯的各種使用方式、石墨烯在傳感器方面的驚人特性以及其他方面的技術。

石墨烯是碳的原子級厚的片材，具有多種讓人印象深刻優異的性能，例如優異的導電和導熱性能、高強度和高穩定性等。研究人員不滿足僅僅在實驗室研究石墨烯的性能，他們一直致力于實現石墨烯應用商業化和量產化。

最近噴墨打印機打印多層石墨烯電路和電極的項目給了愛荷華州的工程師靈感，他們考慮用該技術區生產柔性、耐磨、低成本的電子產品。舉個例子，愛荷華州機械工程博士后助理研究員和美國能源部埃姆斯實驗室助理Suprem Das提出：“我們能否大量生產可作為葡萄糖傳感之用的石墨烯基傳感器？”

但是石墨烯印刷存在著現在油墨印刷的通病。石墨烯材料一旦印刷，必須進行處理來提高其導電性能和器件性能。通常需要高溫或者化學物質處理，但這兩種處理方法都會降低石墨烯柔性并對一次性的印刷表面如塑料薄膜或紙張產生損傷。

所以Das和Claussen提出了利用激光處理石墨烯的想法。愛荷華州機械工程副教授和埃姆斯實驗室助理Claussen與美國普渡大學工業工程系副教授Gary Cheng準備一起驗證這種想法的可行性。

他們成功了。他們發現用脈沖激光處理噴墨打印的多層石墨烯電路和電極可以提高石墨烯的導電性，而且不會破壞紙張、聚合物或者其他易碎的印刷表面。

Claussen說：“這個研究掀開了商業化和規模化生產石墨烯的新篇章”。

這項研究結果發表在Nanoscale雜志。Claussen、Cheng是主要作者，而Das是第一作者。其他著作者有愛荷華州機械工程研究生Allison Cargill, John Hondred 和Shaowei Ding，還有普渡大學工業工程院研究生Qiong Nian 和Mojib Saei。

克勞森說：“這個項目的突破在于將噴墨打印的石墨烯轉變成新應用中的導電材料。”這些應用可能包括生物傳感器、儲能系統、導電器件甚至紙基電子設備。

他們的想法是采用計算機控制激光選擇性的照射噴墨印刷的石墨烯氧化物。這種處理方法能消除油墨粘合劑并還原氧化石墨烯成石墨烯—從而成千上萬的微小石墨烯薄片可物理性的拼接在一起。這個過程使石墨烯導電性提高了1000多倍。

Das說：“快速脈沖激光的高能量光子不會破壞石墨烯或者襯底。它們只局部加熱，局部撞擊和局部加工”。

局部加工也改變了印刷石墨烯的形狀和結構，使它從一個平面變成了凸起的3D納米結構。工程師們說，3D納米結構就像從表面升起的微小花瓣，它不僅能增加石墨烯的電化學反應活性而且使它在化學和生物傳感器上更有用。

愛荷華州立大學Claussen團隊所有的付出和努力將促進石墨烯商業應用化進程。研究人員在論文中寫到：“這項工作不僅為紙基石墨烯電子設備鋪平了道路，它還為創造低成本和一次性石墨烯基電化學電極應用提供了可能，這些應用包括傳感器，生物傳感器，燃料電池和（醫療）設備等”。

原文鏈接：Laser processing could bring graphene into the real world。

文獻鏈接：3D nanostructured inkjet printed graphene via UV-pulsed laser irradiation enables paper-based electronics and electrochemical devices?。

本文由材料人編輯部張瑩提供素材，張雨編譯，丁菲菲審核，點我加入材料人編輯部。

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