激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)制備無基大尺寸石墨烯紙

激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)制備無基大尺寸石墨烯紙
來源：東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-01-02 點(diǎn)擊次數(shù)：190


北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院Rosda教授利用激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）成功制備了無基體石墨烯紙。他的最新研究成果已在網(wǎng)上由著名期刊small（if:9.598，q1）和carbon（if:7.082，q1）發(fā)表，2017級(jí)博士生王延安和2016級(jí)碩士王勇分別是文章的第一作者。羅斯達(dá)教授是這兩篇文章的唯一通訊作者。北京航空航天大學(xué)是唯一的通信單位。

近年來，石墨烯已成為科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。中國(guó)涂料在線涂層技術(shù)有限公司石墨烯紙（gp）是一種自支撐的宏觀二維材料，具有超輕、超薄、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，在柔性電子、智能結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)能裝置、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。而傳統(tǒng)的gp制備主要依靠液相組裝法，由于原料昂貴、工藝繁瑣、加工效率低，不利于大規(guī)模的制備和應(yīng)用，為解決這一問題，萊斯大學(xué)著名化學(xué)家詹姆斯·圖爾提出2014年公開了先進(jìn)的激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）技術(shù)，不僅大大降低了生產(chǎn)成本，而且使柔性石墨烯器件的制備變得簡(jiǎn)單、高效，但目前還沒有提出用先進(jìn)的LIG技術(shù)制備大尺寸無基體石墨烯紙的研究和方法，這限制了我國(guó)石墨烯工業(yè)的發(fā)展。這在一定程度上說明了LIG技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，Rosda教授的團(tuán)隊(duì)借此機(jī)會(huì)進(jìn)行了一系列的研究，以尋找一種可行的制造方法。

Rosda教授的團(tuán)隊(duì)在對(duì)各種聚合物薄膜制作的LIG應(yīng)變傳感器的系統(tǒng)研究中發(fā)現(xiàn)，與其他聚合物基板相比，多孔聚酰亞胺纖維聚合物薄膜（PI紙）可以制作出表面光滑度和導(dǎo)電性大大提高的LIG結(jié)構(gòu)，因此，羅教授受到啟發(fā)，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。探索和驗(yàn)證了如何在大規(guī)模加工條件下將聚酰亞胺紙轉(zhuǎn)化為輕結(jié)構(gòu)，在保持良好機(jī)械穩(wěn)定性的同時(shí)保持高光滑度和高導(dǎo)電性。

最后，Rosda教授的團(tuán)隊(duì)成功地利用先進(jìn)的LIG技術(shù)生產(chǎn)出了不依賴于基體支撐的大型石墨烯紙，同時(shí)發(fā)現(xiàn)PI紙具有特殊的多孔層狀纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠均勻吸收CO2激光照射能量，大大抑制了結(jié)構(gòu)變形。石墨化工藝造成的應(yīng)力集中、疏松、損傷、失焦，保證了GP材料的連續(xù)大規(guī)模加工，目前單個(gè)GP材料的最大面積為1400平方厘米，已達(dá)到現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室級(jí)石墨紙的最大尺寸之一，且具有一定的柔韌性。GP材料的韌性保證了通過激光二次加工可以實(shí)現(xiàn)各種多尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并可以與樹脂、硅膠等先進(jìn)的工業(yè)材料進(jìn)一步結(jié)合。

先進(jìn)的激光誘導(dǎo)GP材料具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和電化學(xué)性能。可用于穿戴式手勢(shì)識(shí)別、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)捕捉、油水分離、抗菌界面和具有阻燃、防冰/除冰、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等功能的先進(jìn)航空樹脂基復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有廣闊的商業(yè)化前景。

為了將來的研究，Rosda教授的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索激光誘導(dǎo)石墨烯論文的方向。在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，我們將在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)一步探索這種將數(shù)字控制制造與尖端納米材料相結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)的潛力，同時(shí)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究石墨烯紙的高通量連續(xù)卷對(duì)卷制造，探索其應(yīng)用前景。商業(yè)前景和創(chuàng)造更多價(jià)值。

在科學(xué)研究的過程中，計(jì)劃通常無法跟上變化，最初的假設(shè)可能與過程的結(jié)果有很大的不同。但正是這種不同的結(jié)果可能會(huì)激發(fā)新的想法。在采訪結(jié)束時(shí)，Rosda教授說。在科學(xué)研究的過程中，每一個(gè)看似不正常的結(jié)果都可能會(huì)作為一個(gè)新的突破點(diǎn)，我們必須關(guān)注每一個(gè)結(jié)果。此外，羅斯達(dá)教授告訴我們，我們必須著眼世界，實(shí)時(shí)跟進(jìn)前沿的發(fā)展。一旦你有了新的想法，你就可以站在巨人的肩膀上，為將來的研究重復(fù)出更清晰的想法。

Rosda教授的低成本大面積激光誘導(dǎo)石墨烯紙制備技術(shù)對(duì)大規(guī)模制備宏觀石墨烯材料和結(jié)構(gòu)以及商業(yè)應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)思想和科學(xué)意義，為今后的研究，Rosda教授的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索激光誘導(dǎo)石墨烯紙制備技術(shù)的發(fā)展方向。SER誘導(dǎo)石墨烯紙，探索將數(shù)字控制制造與尖端納米材料相結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的潛力，同時(shí)繼續(xù)研究石墨烯紙的高通量連續(xù)卷對(duì)卷制造，探索其商業(yè)前景并創(chuàng)造希望他們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域取得更大的突破和成就。

這項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國(guó)家商用飛機(jī)制造工程技術(shù)中心和航空科學(xué)基金會(huì)的創(chuàng)新基金會(huì)的支持。

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