愛(ài)荷華州立大學(xué)Jonathan Claussen實(shí)驗(yàn)室的研究人員(他們喜歡稱(chēng)自己為納米工程師)一直在尋找在他們的傳感器和其他技術(shù)中使用石墨烯及其驚人的性能的途徑,。

　　石墨烯是一種神奇的材料：這種碳蜂窩結(jié)構(gòu)只有一個(gè)原子厚。它具有很好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能;它強(qiáng)大而又穩(wěn)定,。但研究人員一直都苦于無(wú)法將其從用于研究材料特性的實(shí)驗(yàn)室小樣品推進(jìn)到可以用于實(shí)際應(yīng)用的更大片的樣品,。

　　最近的用噴墨打印機(jī)來(lái)打印多層石墨烯電路和電極的項(xiàng)目使得工程師們考慮將它用于柔性可穿戴的低成本電子產(chǎn)品上。例如,，“我們可以制造尺寸足夠大的用于葡萄糖傳感器的石墨烯嗎?”Suprem Das問(wèn),，他是愛(ài)荷華州立大學(xué)的機(jī)械工程博士后研究助理和美國(guó)能源部Ames實(shí)驗(yàn)室的助理。

　　但是現(xiàn)有的技術(shù)存在著一些問(wèn)題,。石墨烯被印刷之后,，必須要進(jìn)行處理以提高導(dǎo)電性和設(shè)備的性能。這通常意味著高溫或化學(xué)物質(zhì)——這兩者都可能會(huì)使塑料薄膜或者紙張等柔性或一次性的印刷表面劣化,。

　　愛(ài)荷華州立大學(xué)的工程師正在開(kāi)發(fā)實(shí)用,，低成本的石墨烯應(yīng)用。

　　Das和Claussen想出了利用激光來(lái)處理石墨烯的想法。Claussen是愛(ài)荷華州立大學(xué)的機(jī)械工程助理教授以及Ames實(shí)驗(yàn)室的助理,，其與普渡大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院副教授Gary Cheng合作開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)這個(gè)想法,。

　　結(jié)果證明是可行的：他們發(fā)現(xiàn)，用脈沖激光工藝對(duì)噴墨印刷的多層石墨烯電路和電極進(jìn)行處理提高了導(dǎo)電性,，而不會(huì)損壞紙張,，聚合物或其他脆弱的印刷表面,。

　　“這將創(chuàng)造一種將石墨烯生產(chǎn)進(jìn)行商業(yè)化和規(guī)?；姆绞?，”Claussen說(shuō),。

　　該研究結(jié)果刊登在35期的《Nanoscale》雜志的封面上,。Claussen和Cheng是通訊作者,，Das是第一作者,。來(lái)自愛(ài)荷華州立大 學(xué)的其他合著者包括 Allison Cargill, John Hondred 和Shaowei Ding,，他們是機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)的研究生,。來(lái)自普度大學(xué)的其他合著者包括Qiong Nian和Mojib Saei,，他們是工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的研究生。

　　兩個(gè)重大基金資助了本項(xiàng)目及相關(guān)的研究：美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家食品與農(nóng)業(yè)研究院一項(xiàng)編號(hào)為11901762的為期三年的資助,，和Roy J.Carver慈善信托的一項(xiàng)為期三年的資助,。愛(ài)荷華州立大學(xué)工程學(xué)院和機(jī)械工程系也資助了該項(xiàng)研究。

　　愛(ài)荷華州立大學(xué)研究基金會(huì)公司已經(jīng)為該技術(shù)申請(qǐng)了一個(gè)專(zhuān)利,。

　　“這個(gè)項(xiàng)目的突破是將噴墨印刷的石墨烯轉(zhuǎn)化為可用于新應(yīng)用的導(dǎo)電材料,，”Claussen說(shuō)。

　　這些應(yīng)用可能包括用于生物應(yīng)用的傳感器,，儲(chǔ)能系統(tǒng),，導(dǎo)電元件，甚至是基于紙張的電子產(chǎn)品,。

　　為了使這一切變成可能,，工程師們開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)控制的激光技術(shù)，其可以選擇性地照射噴墨印刷的石墨烯氧化物,。該處理移除了油墨粘合劑,，并減少了石墨烯上的石墨烯氧化物——從物理上將數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的小石墨烯薄片拼接了起來(lái)。該工藝使電導(dǎo)率提高了超過(guò)一千倍,。

　　“該激光器采用了高能光子的快速脈沖,，其不會(huì)對(duì)石墨烯或襯底造成損壞，”Das說(shuō),?！八鼈?cè)诰植考訜帷Ｋ鼈冊(cè)诰植哭Z炸,。它們?cè)诰植刻幚??！?/p>

　　局部化的激光處理工藝也將印刷石墨烯的形狀和結(jié)構(gòu)從一個(gè)平坦的表面轉(zhuǎn)變成隆起的三維納米結(jié)構(gòu)。工程師們說(shuō),，該三維結(jié)構(gòu)就像是從表面升起的微小花瓣,。粗糙的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)增加了石墨烯的電化學(xué)反應(yīng)活性，使它可以用于化學(xué)和生物傳感器,。

　　根據(jù)Claussen的納米工程師團(tuán)隊(duì)所說(shuō),，所有這一切將會(huì)使石墨烯走向商用。

　　“這項(xiàng)工作不僅為基于紙質(zhì)的含有石墨烯電路的電子產(chǎn)品鋪平了道路,，”研究人員在他們的論文中寫(xiě)道：“它還使可用于包括傳感器，生物傳感器,，燃料電池以及(醫(yī)療)設(shè)備等無(wú)數(shù)應(yīng)用的低成本一次性的基于石墨烯的電極成為可能,。”