近日，北京航空航天大學機械工程及自動化學院羅斯達教授團隊成功利用先進激光誘導石墨烯技術（Laser Induced Graphene,LIG）製備出無基質的大尺寸石墨烯紙，其最新研究成果被著名雜誌《Small》(IF:9.598,Q1)與(yu) 《Carbon》（IF:7.082，Q1）先後在線刊登。機械工程及自動化學院2017級博士生王亞(ya) 楠與(yu) 2016級碩士生王勇分別為(wei) 文章的（學生）第一作者，羅斯達教授為(wei) 兩(liang) 篇文章的唯一通訊作者，北京航空航天大學為(wei) 唯一通訊單位。

石墨烯紙的優(you) 勢與(yu) 製備方法

近年來，石墨烯成為(wei) 科學界研究的熱點領域。其中，作為(wei) 自支撐宏觀二維材料的石墨烯紙（Graphene Paper,GP）具有超輕、超薄、高強、高導電導熱的特性，在柔性電子、智能結構、儲(chu) 能器件、生物醫學等領域具有潛在的應用價(jia) 值。然而，傳(chuan) 統GP的製備主要依賴於(yu) 液相組裝法，其原料昂貴、工藝繁瑣、加工效率低，不利於(yu) 大規模製備與(yu) 應用。為(wei) 了解決(jue) 這一問題，2014年，美國萊斯大學著名化學學家James Tour提出了先進激光誘導石墨烯技術（Laser Induced Graphene,LIG），不僅(jin) 大幅度降低了生產(chan) 成本，還使柔性石墨烯器件的製備變得簡單高效。然而利用先進LIG技術製備無基質大尺寸石墨烯紙的研究及方法一直未被提出，也一定程度限製了LIG技術與(yu) 器件的應用。羅斯達教授團隊以此為(wei) 契機，開展了一係列研究，尋找可行性製造方法。

從(cong) 微小的結果差異中尋求靈感

羅斯達教授團隊在一次利用各種高分子薄膜製備LIG應變傳(chuan) 感器的係統研究中，偶然發現多孔聚酰亞(ya) 胺纖維聚合薄膜（PI紙）相較於(yu) 其它高分子基材可以製備出表麵平整度與(yu) 導電性大幅提升的LIG結構。於(yu) 是羅教授由此產(chan) 生靈感，開始指導團隊係統探索及驗證在大尺度加工條件下，如何整體(ti) 將PI紙轉化為(wei) LIG結構，並使之保持高平整度與(yu) 導電性的同時，具備良好的力學穩定性。

最終，羅斯達教授團隊成功利用先進LIG技術製備出了不依賴於(yu) 基體(ti) 支撐的大尺寸石墨烯紙。同時研究發現，PI紙具有的特殊多孔層狀纖維網絡結構，可均勻吸收CO2激光輻照的能量，並大幅度抑製石墨化過程引發的結構變形、應力集中、鬆質、破損、失焦等加工難題，因此確保了GP材料的連續大尺寸加工。目前製備出的單張GP材料的最大麵積為(wei) 1400cm2，已達到現有實驗室級石墨烯紙製備的最大尺寸之一。此外，該GP材料所具備的柔性與(yu) 韌性保障其可通過激光二次加工實現各種多尺度複雜結構，並可以和樹脂、矽膠等先進工業(ye) 材料進行進一步的一體(ti) 化融合製造。

圖1.石墨烯紙的先進激光連續製造及多模式形態加工

通過係統的加工結構性能關(guan) 係探索研究，該先進激光誘導GP材料具備優(you) 異的力學、電學、熱學、電化學等特性，可用於(yu) 可穿戴手勢識別、機器人動作捕捉、油水分離、抗菌界麵以及實現具有阻燃、防/除冰、結構健康監測等功能的先進航空樹脂基複合材料結構，未來具有廣闊的商業(ye) 化前景。

圖2.激光誘導石墨烯紙的可調控結構、性能及多功能應用

對未來的展望與(yu) 寄語

對於(yu) 未來的研究，羅斯達教授團隊還將繼續在激光誘導石墨烯紙方向上進行探索，在現有研究成果的基礎上，深入挖掘這一結合數字化可控製造與(yu) 前沿納米材料的先進技術在各領域應用的潛力。同時，團隊也將繼續深入研究石墨烯紙的高通量連續卷對卷製造，探尋其商業(ye) 化前景，創造更多的價(jia) 值。

“在做科研的過程中，計劃通常趕不上變化，最初的設想可能和過程中的結果千差萬(wan) 別。但正是這個(ge) 千差萬(wan) 別的結果，可能又會(hui) 激發出更新的想法。”在采訪的最後，羅斯達教授說道。在進行科研的過程中，每一個(ge) 看似異常的結果都可能成為(wei) 一個(ge) 新的突破點，因此一定要重視每一個(ge) 結果。此外，羅斯達教授還告訴我們(men) 一定要放眼世界，實時跟蹤前沿發展現狀。一旦有了可借鑒的新想法，就能站在巨人的肩膀上，對未來的研究迭代出更明確的思路。

結語：

羅斯達教授團隊提出的低成本大麵積製備激光誘導石墨烯紙技術、可為(wei) 宏觀石墨烯材料與(yu) 結構的大規模製備，以及商業(ye) 應用帶來一定的指導性思路與(yu) 科學意義(yi) 。對於(yu) 未來的研究，羅斯達教授團隊還將繼續在激光誘導石墨烯紙方向上進行探索，深入挖掘這一結合數字化可控製造與(yu) 前沿納米材料的先進技術在各領域應用的潛力。同時，團隊也將繼續深入研究石墨烯紙的高通量連續卷對卷製造，探尋其商業(ye) 化前景，創造更多的價(jia) 值。我們(men) 也期待他們(men) 能在該領域取得更大的突破和成就。

該研究分別獲得國家自然科學基金青年項目、國家商用飛機製造工程技術研究中心創新基金及航空科學基金的支持。