來自萊斯大學，美國田納西大學諾克斯維爾分校（ Knoxville (UT Knoxville)和橡樹嶺國家實驗室的的科學家使用一個(ge) 非常小的可見光激光束，在顯微鏡下來燃燒泡沫狀的碳來誘導生成石墨烯。這一研究將有望促進柔性電子的應用進程.

研究成果的Graphic Abstract

激光誘導石墨烯的示意圖

科學家使用一個(ge) 小型的安裝在掃描電鏡上的激光來進行激光誘導石墨烯實現了創紀錄的信息。

從(cong) 現在開始，你將不再需要一個(ge) 大型的激光來進行激光誘導石墨烯（LIG）。來自萊斯大學，美國田納西大學諾克斯維爾分校（ Knoxville (UT Knoxville)和橡樹嶺國家實驗室的的科學家使用一個(ge) 非常小的可見光激光束，在顯微鏡下來燃燒泡沫狀的碳來誘導生成石墨烯。

不同激光參數下激光誘導石墨烯的研究結果

圖解：(a) 采用405 nm的激光設備安裝在大角度端口的掃描電鏡上的實驗裝置的示意圖。激光誘導石墨烯在掃描電鏡室中原位生成。 (b)激光誘導石墨烯在405 nm波長的激光，脈衝(chong) 寬度從(cong) 2 μs 到100 ms 變化時得到的光學顯微鏡觀察結果。 (c) 在能量為(wei) 834 kW cm–2，脈衝(chong) 寬度大於(yu) 100 μs的時候，激光誘導石墨烯形成的拉曼光譜 。 (d)在脈衝(chong) 寬度為(wei) 1 ms時得到的激光誘導石墨烯的拉曼光譜的重新標度 。 (e) 激光發射時固定脈衝(chong) 寬度為(wei) 100 μs時激光誘導石墨烯所形成的拉曼光譜。

激光誘導石墨烯(Laser-induced graphene (LIG))是一個(ge) 多功能的石墨烯泡沫，是一種常見的利用紅外激光在以碳為(wei) 基礎的前驅材料中進行直寫(xie) 得到的.在這裏，一個(ge) 可見的405nm波長的激光用來直接將聚合物轉換成激光誘導石墨烯.這就使得在空間分辨率大約為(wei) 12 μm 和厚度<5 μm的激光誘導石墨烯的形成成為(wei) 可能.這一空間分辨率使得波長為(wei) 405nm的激光的聚焦尺寸相對小，表明激光誘導石墨烯的特征尺寸可以比以前發表的要減少至少60%.

這一過程原位發生在SEM室內(nei) ，使得直接觀察激光誘導石墨烯成為(wei) 可能，這一減少的激光誘導石墨烯的特征尺寸使得直寫(xie) 形成肉眼不可見的柔性電子成為(wei) 可能.采用激光誘導石墨烯製造出的濕度傳(chuan) 感器用來展示探測人類的呼吸，呼吸的反應速度為(wei) 250ms.隨著對激光誘導石墨烯的興(xing) 趣越來越濃厚，激光誘導石墨烯製造柔性電子和傳(chuan) 感器成為(wei) 可能，精細的特征也可以采用這一辦法來拓展其應用.

萊斯實驗室的化學家James Tour，在2014年發現了一個(ge) 比較原始的辦法將一個(ge) 普通的聚合物轉換成石墨烯。萊斯大學，美國田納西大學以及橡樹嶺國家實驗的材料科學家，Philip Rack等人揭示了，當激光誘導石墨烯在掃描電鏡中隻有少量 的時候，他們(men) 現在可以觀察導電的材料形式。

一個(ge) 替換的辦法，詳細的在美國化學學會(hui) 的期刊《 ACS Applied Materials & Interfaces》上給予了介紹，創造了一種激光誘導石墨烯的特征，比宏觀的版本要小60%，並且幾乎比典型的以前采用紅外激光所獲得的石墨烯要小幾乎10倍。

低功率的激光同時還會(hui) 使得加工過程變得比較便宜。Tour說到。這將會(hui) 比更為(wei) 寬泛的柔性電子產(chan) 品和其他的商業(ye) 產(chan) 品變得更為(wei) 普遍。

電子產(chan) 品應用的關(guan) 鍵在於(yu) 使得其結構變得足夠的小，以至於(yu) 使得它具有高的密度，或者讓器件在單位麵積上具有更多的數量，這一辦法使得我們(men) 可以將器件的結構比以前製造的器件的密度大至少10倍。

.為(wei) 了證實這一概念的正確性，實驗室製造了柔性的濕度傳(chuan) 感器，這一傳(chuan) 感器對於(yu) 人眼來說幾乎是不可見的，可以直接在聚合物上實現製造，這一聚合物是一個(ge) 商業(ye) 化的產(chan) 品。這一器件可以對人類的呼吸在250 ms（毫秒； 即千分之一秒）內(nei) 進行一次反應。

這一速度比大多數常見的商業(ye) 化的濕度傳(chuan) 感器要快得多，並且可以快速的檢測由於(yu) 呼吸造造成的局部的濕度變化。

不同脈衝(chong) 寬度下的結果

萊斯大學和橡樹嶺國家實驗室的科學家使用一個(ge) 比較的小的激光安裝在掃描電鏡上，在一個(ge) 聚合物上形成導電石墨烯的點和痕跡。這一技術創造了激光誘導石墨烯具有的特征比宏觀的版本要小60%，同時比采用紅外激光所獲得的樣品要小10倍多。

一個(ge) 比較小的激光泵浦光在波長為(wei) 405　ｎｍ的時候，在藍色的紫外光譜的範圍內(nei) 。這些低功率的激光比工業(ye) 化的激光功率要低，Tour研究小組及其世界範圍內(nei) 的研究人員可以使用在塑料，紙張，木材乃至食物上燃燒石墨烯。

安裝在SEM（掃描電鏡）上的激光不僅(jin) 可以燃燒頂部的５微米厚度的聚合物，還可以直寫(xie) 石墨烯的特征小於(yu) １２微米（人類的頭發絲(si) ，大約為(wei) ３０到１００微米的直徑）

同橡樹嶺國家實驗室的人直接合作，使得斯坦福資本化作用在國家實驗室的先進儀(yi) 器設備上，就使得我們(men) 的聯合成果變得更有成效。

利用SEM觀察到的兩(liang) 道在聚合物上激光誘導石墨烯的痕跡.激光安裝在掃描電鏡上(SEM),來燃燒薄膜上的圖案

圖解:這一技術使得柔性電子的發展變得更為(wei) 可能

激光誘導石墨烯的特征如此細小，使得我們(men) 可以在下一步有可能找到我們(men) 可以采用激光圖案化的辦法在顯微鏡下來尋找它.

Tour和他的研究小組在最近引入閃光石墨烯來立即將垃圾和食物垃圾轉換成有利用價(jia) 值的材料，這一新的激光誘導石墨烯的技術為(wei) 直寫(xie) 電子電路向柔性基材如織物上發展鋪平了道路.

在閃光的過程中將會(hui) 產(chan) 生成噸的石墨烯，這一激光誘導石墨烯的過程將會(hui) 使得石墨烯可以直接合成在表麵上可以精確應用的電子.

采用激光誘導石墨烯技術製造的不可見的濕度傳(chuan) 感器

圖解:(a) 激光誘導石墨烯製造具有微小通道的濕度傳(chuan) 感器的示意圖， (c)在PI製造的柔性濕度傳(chuan) 感器的光學照片； (b) 激光誘導石墨烯的微通道的光學照片，在PI上的可見粒子是銀環氧觸頭； (d) 激光誘導石墨烯傳(chuan) 感器對人類呼吸的反應，結果顯示反應時間<250 ms

這一研究工作得到了美國空軍(jun) 科學研究辦公室和美國能源部的支持.

R文章來源： “High-Resolution Laser-Induced Graphene. Flexible Electronics Beyond the Visible Limit” by Michael G. Stanford, Cheng Zhang, Jason Davidson Fowlkes, Anna Hoffman, Ilia N. Ivanov, Philip D. Rack and James M. Tour, 10 February 2020, ACS Applied Materials & Interfaces.

參考文獻：Accounts of Chemical Research ( IF 20.832 ) ，2018-06-20 00:00:00, Ruquan Ye, Dustin K. James, James M. Tour以及Rice University