这是莱斯大学的研究生姚晨(左)和詹姆斯·图尔教授。图片来源:Jeff Fitlow/Rice University
莱斯大学的科学家们引进了激光诱导石墨烯(LIG)，他们提高了技术，生产出了一种新的可食用电子产品。
化学家詹姆斯·图尔（James Tour）的大米实验室曾将女童军饼干制成石墨烯，该实验室正在研究将石墨烯图案写入食品和其他材料的方法，以快速将导电识别标签和传感器嵌入产品本身。
“这不是墨水，”图尔说。“这是把材料本身转化成石墨烯。”
该过程是Tour实验室论点的延伸，即任何含适当碳量的物质都可以转化成石墨烯。近年来，该实验室开发并扩展了其制造石墨烯泡沫的方法，即使用商业激光改造廉价聚合物薄膜的顶层。
这种泡沫由微观的、交联的石墨烯薄片组成，石墨烯是碳的二维形式。LIG可以以特定的方式写入目标材料，并用作超级电容器、燃料电池的电催化剂、射频识别(RFID)天线和生物传感器等潜在应用。
美国化学学会杂志acsnano报道的这项新研究表明，激光诱导的石墨烯可以燃烧成纸、纸板、布、煤和某些食物，甚至烤面包。
图尔说：“很多时候，我们在没有提供某样东西之前，看不到它的优势。”也许所有的食物都会有一个小小的RFID标签，它能告诉你食物的存放地点、存放时间、产地和城市以及到达餐桌的路径。”
他说LIG标签也可以是检测E。食物中的大肠杆菌或其他微生物。”图尔说：“它们会亮起来，给你一个信号，告诉你你不想吃这个。”所有这些都不能单独贴在食品标签上，而是贴在食品本身上。”
研究人员利用离焦光束进行多次激光扫描，可以在布料、纸张、土豆、椰子壳、软木塞以及烤面包上书写LIG图案(首先烘烤面包，使面包表面“碳化”。）这个过程是在环境温度下的空气中进行的。
图尔说：“在某些情况下，多次激光会产生两步反应。”首先，激光光热转换目标表面成无定形碳。然后在激光的后续过程中，红外光的选择性吸收将无定形碳转化为LIG。我们发现波长很重要。”
当研究人员发现仅仅提高激光功率并不能在椰子或其他有机材料上制造出更好的石墨烯时，他们转向了多重激光和散焦。但通过调整工艺，他们可以在两次激光的椰子皮上制作一个Rice“R”形状的微型超级电容器。
散焦激光加速了许多材料的过程，因为更宽的光束允许一个目标上的每个点在一次光栅扫描中被激光多次。图尔说，这也允许对产品进行精细控制。散焦使他们可以把以前不合适的聚醚酰亚胺变成LIG。
“我们还发现，我们可以拿面包、纸或布，在其中添加阻燃剂，以促进无定形碳的形成，”该论文的联合首席作者、赖斯研究生Yieu Chyan说现在我们可以把所有这些材料直接在空气中转化，而不需要一个可控的空气箱或更复杂的方法。”
图尔说，所有目标材料的共同元素似乎是木质素。早期的一项研究依赖于木质素(一种形成坚硬细胞壁的复杂有机聚合物)作为碳前体，在烘干的木头中燃烧LIG。软木、椰子壳和土豆皮的木质素含量甚至更高，这使得它们更容易转化为石墨烯。
图尔说，灵活的、可穿戴的电子产品可能是这种技术的早期市场。他说:“这项技术可以将导电痕迹放在衣服上，无论你是想加热衣服，还是添加传感器或导电图案。”
申请依据：材料•先进
