石墨烯，因其獨特的性能和廣闊的應用前景，被公認為二十一世紀的“革命性材料”和“新材料之王”，儼然成為科學界研究的熱點。近日，中國北航有團隊利用先進激光誘導石墨烯技術成功研制出了不依賴于基體支撐的大尺寸石墨烯紙。此項最新研究成果先后被著名雜志《Small》與《Carbon》在線刊登。
石墨烯紙，簡稱GP，作為一種自支撐宏觀二維材料，是基于石墨原料，與聚合物、陶瓷、金屬等材料復合而成的，具有層疊式的結構。它比普通紙張更薄，其宏觀力學性能比其他紙裝材料相對來說還要更優(yōu)異，而強度和彈性模量都遠遠超過其他材料，在彎曲載荷下有相當?shù)娜嵝裕热纾簲嗔褟姸缺茸詈玫匿摬倪€要高200倍；拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。
簡單來說呢，石墨烯紙具有超輕、超薄、高強、高透光、高導電、高導熱、好韌性等一系列的優(yōu)異特性。除此之外，它還是一種環(huán)保型的材料，是可回收和可持續(xù)制造的。如此以來，其在柔性電子、航空航天、智能結構、儲能器件、生物醫(yī)學、汽車等諸多領域都是具有非常大潛在應用價值的。
但是，傳統(tǒng)石墨烯紙主要是依賴液相組裝法進行制備的。這種制備方法呢，原料非常之昂貴、工藝也是相當繁瑣、加工效率更是很低，完全不利于大規(guī)模制備與廣泛應用。為了解決這個問題，就在2014年，美國萊斯大學的著名化學學家James Tour提出了先進激光誘導石墨烯技術（簡稱LIG技術），這種技術不但能夠大幅度降低生產成本，而且使得柔性石墨烯器件的制備變得簡單又高效了。
然而，關于利用先進激光誘導石墨烯技術制備大尺寸石墨烯紙的研究及方法遲遲未被提出，這也在一定程度上限制了激光誘導石墨烯技術與柔性石墨烯器件的應用。以此為鍥機，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開展了一系列的研究，最終尋找到了可行性的制造辦法，成功制備出了不依賴于基體支撐的大尺寸石墨烯紙。
目前，該團隊制備出的單張石墨烯紙的最大面積可達1400cm2，是現(xiàn)有實驗室級石墨烯紙制備的最大尺寸之一了。此外，該材料還具備柔性與韌性，這不但保障了其可通過激光二次加工、實現(xiàn)各種多尺度的復雜結構，還可以與樹脂、硅膠等先進工業(yè)材料進行進一步的一體化融合制造。
在通過系統(tǒng)的加工結構性能關系探索研究后發(fā)現(xiàn)，該先進激光誘導石墨烯紙材料具備優(yōu)異的電學、熱學、力學、電化學等特殊性能，可用于可穿戴手勢識別、機器人動作捕捉、油水分離、抗菌界面，除此之外，還能實現(xiàn)具有阻燃、防/除冰、結構健康監(jiān)測等功能的先進航空樹脂基復合材料結構。相信這種利用先進激光誘導石墨烯技術制備出的無基質大尺寸石墨烯紙，在未來會有更廣闊的商業(yè)化前景。
