北航在纳米柔性器件先进制造方面取得重大进展

近日，著名杂志《Small》(IF: 9.598, Q1)与《Carbon》（IF:7.082，Q1）先后在线刊登了北京航空航天大学青年千人罗斯达教授团队的最新研究成果“Laser-InducedFreestanding Graphene Papers: A New Route of Scalable Fabrication with TunableMorphologies and Properties for Multifunctional Devices and Structures”与“HybridSpray-coating, Laser-scribing and Ink-dispensing of Graphene Sensors/arrayswith Tunable Piezoresistivity for in situ Monitoring of Composites”。北航2017级博士生王亚楠与2016级硕士生王勇分别为文章的第一作者，罗斯达教授为两篇文章的唯一通讯作者，北航为唯一通讯单位。

石墨烯纸的先进激光连续制造及多尺度形态加工

石墨烯纸（GraphenePaper, GP）作为一种超轻、超薄、高强、高导电导热的自支撑宏观二维材料，在柔性电子、智能结构、储能器件、生物医学等领域具有潜在应用。传统GP的制备主要依赖于液相组装法，其原料昂贵、工艺繁琐、加工效率低，不利于大规模制备与应用。针对上述问题，研究团队以多孔聚酰亚胺纤维聚合薄膜（PI纸）为碳源，CO2为激光源，首次利用先进激光诱导石墨烯技术（Laser Induced Graphene, LIG）制备出无基质的大尺寸石墨烯纸。研究发现，PI纸具有的特殊多孔层状纤维网络结构，可均匀吸收激光辐照的能量，并大幅度抑制石墨化过程引发的结构变形、松质、破损、失焦等加工难题，因此确保了GP材料的连续大尺寸加工。图1所展示的激光诱导单张GP材料（1400平方厘米），已具有实验室级别石墨烯纸制备的最大尺寸之一。此外，该GP材料所具备的柔性与韧性保障其可通过激光二次加工实现各种多尺度复杂结构，并可以和树脂、硅胶、复合材料等先进工业材料进行进一步的一体化融合制造。

通过系统的加工-结构-性能关系探索研究，该先进激光诱导GP材料具备了优异的力学、电学、压阻、焦耳热、电容、超疏水等物理化学特性，可实现如图2所示的各种柔性电子器件以用于可穿戴人体/机器人动作捕捉、高危液体监测、油水分离，抗菌以及具有阻燃、防/除冰、状态自感知、可低能耗在线制造的先进航空树脂基复合材料。本研究提出的激光诱导石墨烯纸技术及其低成本大面积制备、性能调控与优化与多功能应用可为宏观石墨烯材料与结构的大规模制备与商业应用带来一定的指导性思路与科学意义。

激光诱导石墨烯纸的可调控结构、性能及多功能应用

罗斯达教授主要从事微纳传感、柔性器件、复合材料、智能结构健等方面的研究工作，近年来相继在Advanced Materials、AdvancedFunctional Materials、Small、ACSApplied Materials & Interfaces、Carbon、CompositeStructures等知名期刊发表多篇学术论文。