萊斯大學的科學家們采用激光誘導石墨烯分層，并建立了一個原型，得到三維石墨烯塑造成的復雜形狀。這種泡沫為儲能和靈活柔軟的電子傳感器應用提供了新的可能性。來源：萊斯大學/Tour Group
萊斯大學的科學家們已經開發出一種簡單的方法來產生導電的三維材料，這種材料就是石墨烯泡沫。
石墨烯泡沫粘糊糊的固體的外觀感覺像一個孩子的玩具，但它為能量存儲和靈活的電子傳感器應用提供了新的可能性，萊斯大學化學家James Tour這么描述。
先進材料中所詳述的技術是Tour實驗室開創性工作的延伸，該實驗室在2014年通過用激光加熱廉價的聚酰亞胺塑料片，第一次制造了激光誘導石墨烯（LIG）。激光在塑料中燒灼，并將頂部轉變成二維碳相互連接的薄片，它們仍然附著在下半部分材料上。LIG可以在室溫下以宏觀模式進行。
他們實驗室將這種技術擴展到木材、甚至食物上，但迄今為止，純石墨烯的3D對象并不實用。“現在我們已經建立了一個原型機器，通過自動連續分層和激光曝光，將石墨烯泡沫制成3D物體。”在沒有熔爐和催化劑的情況下，我們確實使石墨烯進入了第三維度，并且我們的過程很容易規模化生產。
萊斯大學的科學家們正在通過一個自動化的過程，來制造三維激光誘導石墨烯（LIG）泡沫，這一過程始于將聚酰亞胺（PI）片的頂層轉變成石墨烯（TOP），在頂部（中心）以乙二醇（EG）為粘結劑堆疊另一層，然后燃燒頂層。π也進入石墨烯（底部）。在必要時重復這個過程以建立三維塊。來源：萊斯大學/Tour Group
新的方法基于層疊對象制造，其中材料層被組裝，然后切割成特定形狀。在這種情況下，底部LIG層仍然附著在聚酰亞胺基底上。第二層用乙二醇涂敷，并在第一層上放置，就像果凍三明治一樣。然后將聚酰亞胺頂部燒成石墨烯，重復該過程，直到三維塊完成。
乙二醇粘結劑在熱板上蒸發掉，所有剩余的聚酰亞胺都可以在爐子中除去。這是一個原始的海綿狀碳塊，論文的聯合首席作者Rice研究生DuyXuanLuong說。Rice實驗室堆疊到五層泡沫，然后在定制的3D打印機上，使用定制的光纖激射系統將三維塊磨成復雜的形狀。
實驗室采用組裝鋰離子電容器的概念，使用3-D LIG作為陽極和陰極。陽極的容量達到了354毫安/每克，接近石墨的理論極限，而陰極的容量超過其他碳材料的平均容量。在970次充放電循環后，測試電池保留了約70%的容量。
萊斯大學研究生DuyXuanLuong懸掛了一個三維激光誘導石墨烯塊。該實驗室使用工業激光器在室溫下將廉價的聚酰亞胺塑料轉化為石墨烯泡沫，然后將這些薄片結合在一起產生輕質、導電的三維石墨烯。來源：萊斯大學
“這是新一代性能優良的鋰離子電容器，它得到了鋰離子電池和電容器混合體的最佳性能。”
然后，研究人員通過20至30納米的孔，將液體聚二甲基硅氧烷注入了一塊3-D LIG材料。這創造了一個更強大，仍然靈活的導電材料，而且這也不改變原來泡沫的形狀。依靠這種材料，他們制作了一個靈活柔軟的傳感器，傳感器準確地記錄了志愿者手腕上的脈搏，他們會進一步校準該裝置以便獲取血壓數據。
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