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石墨烯在显微镜下形成

赖斯,田纳西实验室收缩激光诱导石墨烯用于柔性电子器件

制造激光诱导石墨烯(LIG)不需要很大的激光。莱斯大学田纳西大学、诺克斯维尔大学和橡树岭国家实验室的科学家们正在使用一种非常小的可见光束将泡沫状的碳燃烧成微观模式。

Rice化学家James Tour在2014年发现了将普通聚合物转化为石墨烯的原始方法,而Tennessee/ORNL材料科学家Philip Rack透露,他们现在可以在扫描电子显微镜(SEM)中观察导电材料形成的小轨迹。

改变的过程,详细介绍在美国化学学会的ACS应用材料&接口,创建LIG的功能比宏版本小60%以上,比通常实现的前红外激光小近10倍。

Scientists recorded the formation of laser-induced graphene made with a small laser mounted to a scanning electron microscope. (Credit: Tour Group/Rice University)

科学家们将小型激光器安装在扫描电子显微镜上,记录了激光诱导石墨烯的形成过程。承蒙旅行团招待

图尔说,低功率激光也使这一过程成本更低。这可能会导致更广泛的柔性电子产品和传感器的商业化生产。

“电子应用的关键是制造更小的结构,这样就可以有更高的密度,或者在单位面积上有更多的设备,”图尔说。“这种方法可以让我们制造出比以前密度大10倍的结构。”

为了证明这一概念,该实验室制造了肉眼不可见的柔性湿度传感器,并直接在聚酰亚胺(一种商用聚合物)上制造。这些设备能够以250毫秒的响应时间感知人类的呼吸。

这篇论文的主要作者、莱斯大学博士后研究员迈克尔·斯坦福说:“这比大多数商业湿度传感器的采样率要快得多,可以监测由呼吸引起的快速局部湿度变化。”

更小的激光以405纳米的波长(即光谱中蓝紫色的部分)泵送光。这些激光器的功率还不及旅行团和世界各地其他组织使用的工业激光器,后者可以将石墨烯燃烧成塑料、纸张、木材甚至食物。

Scientists at Rice University and Oak Ridge National Laboratory used a small laser mounted to a scanning electron microscope to form dots and traces of conductive graphene on a polymer. The technique creates laser-induced graphene with features more than 60% smaller than the macro version and almost 10 times smaller than typically achieved with an infrared laser. (Credit: Tour Group/Rice University)

莱斯大学(Rice University)和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的科学家们利用安装在扫描电子显微镜上的小型激光,在聚合物上形成导电石墨烯的点和轨迹。该技术制造出的激光诱导石墨烯比宏观版小60%以上,比通常的红外激光小近10倍。承蒙旅行团招待

半导体激光器只燃烧聚合物的前5微米,石墨烯的特征只有12微米。(相比之下,人的头发只有30到100微米宽。)

与ORNL直接合作让斯坦福得以利用国家实验室的先进设备。图尔说:“这就是使这种联合努力成为可能的原因。”

“我在ORNL做了很多博士研究,所以我知道那里有很棒的设备和科学家,他们可以帮助我们完成我们的项目,”斯坦福说。“我们创造的LIG特征太小了,如果我们先把图案放大,然后在显微镜下寻找,几乎不可能找到它们。”

A scanning electron microscope image shows two traces of laser-induced graphene on a polyimide film. A laser mounted to the microscope was used to burn the patterns into the film. The technique shows promise for the development of flexible electronics. (Credit: Tour Group/Rice University)

扫描电子显微镜图像显示,聚酰亚胺薄膜上有两道激光诱导石墨烯痕迹。安装在显微镜上的激光被用来把图案烧到胶片上。该技术为柔性电子器件的发展带来了希望。承蒙旅行团招待

图尔的团队最近引进了flash石墨烯,可以瞬间将垃圾和食物垃圾转化为有价值的材料。

图尔说:“虽然闪存工艺将产生大量的石墨烯,但LIG工艺可以直接合成石墨烯,用于表面上的精密电子应用。”

这篇论文的共同作者有:犹他州诺克斯维尔的博士后研究员张成和研究生安娜·霍夫曼,橡树岭国家实验室的研究和发展科学家伊利亚·伊万诺夫,以及犹他州诺克斯维尔和橡树岭的研究员杰森·戴维森·福尔克斯。

图尔是T.T.和W.F. Chao的化学教授,同时也是莱斯大学计算机科学、材料科学和纳米工程的教授。Rack是一位教授,同时也是UT Knoxville的Leonard G. Penland主席和材料科学与工程副系主任,以及橡树岭纳米材料科学中心的联合职员。

美国空军科学研究办公室和美国能源部支持了这项研究。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rice.edu/2020/02/12/graphene-forms-under-microscopes-eye-2/