莱斯大学的团队将石墨烯模式化为食品,纸张,布料,纸板

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赖斯大学的科学家们已经增强了他们以前发明的LIG技术,以生产可能成为新一类食用电子产品的技术。James Tour教授的Rice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,以便将导电识别标签和传感器嵌入到产品本身中。

在吐司图象的米实验室的graphene

“这不是墨水,”图尔说。“这是将材料本身转化为石墨烯”。该过程是旅游实验室认为任何具有足够碳含量的物质都可以转化为石墨烯的延伸。近年来,该实验室已经开发并扩展了其制造石墨烯泡沫的方法,其通过使用商业激光来转化廉价聚合物膜的顶层。

泡沫由微观的,交联的石墨烯薄片组成。LIG可以用图案写入目标材料,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。

新的研究表明,激光诱导的石墨烯可以燃烧成纸,纸板,布,煤和某些食物,甚至是烤面包。“很多时候,我们看不到某些东西的优势,直到我们提供它,”图尔说。“也许所有的食物都会有一个小小的RFID标签,可以提供有关它的位置,存放时间,国家和原产地以及走到桌面所需路径的信息。”

Tour表示,LIG标签也可以是检测食品中大肠杆菌或其他微生物的传感器。“他们可以点亮并发出一个信号,表明你不想吃这个,”他说。“所有这些都不能放在食物上的单独标签上,而是放在食物本身上。”

多个激光通过散焦光束,研究人员可以将LIG图案写入布料,纸张,土豆,椰子壳和软木以及烤面包。(首先将面包烤至“碳化”表面。)该过程在环境温度下在空气中进行。“在某些情况下,多次激光会产生两步反应,”图尔说。“首先,激光光热地将目标表面转换成无定形碳。然后在随后的激光通过中,红外光的选择性吸收将无定形碳转变为LIG。我们发现波长很明显。”

当研究人员发现简单地调高激光功率并不能在椰子或其他有机材料上制作出更好的石墨烯时,研究人员转向多次激光和散焦。但调整过程使他们能够在两次激光的椰子皮上制作一个米“R”形状的微型超级电容器。

激光散焦加速了许多材料的工艺,因为较宽的光束允许目标上的每个光斑在单次光栅扫描中被激光多次。Tour表示,这也可以对产品进行精细控制。散焦使它们能够将先前不合适的聚醚酰亚胺转变为LIG。

“我们还发现我们可以采取面包或纸或布,并添加阻燃剂,以促进无定形碳的形成,”该论文的共同主要作者,赖大学研究生Yieu Chyan说。“现在我们能够将所有这些材料直接转换成空气,而无需使用受控气氛箱或更复杂的方法。”

Tour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,一种形成刚性细胞壁的复杂有机聚合物,作为在烤箱干燥的木材中燃烧LIG的碳前体。软木,椰子壳和马铃薯皮具有更高的木质素含量,这使得它们更容易转化为石墨烯。

Tour表示灵活,可穿戴电子产品可能是该技术的早期市场。“无论你是想加热衣服还是添加传感器或导电图案,都可以在衣服上涂上导电痕迹,”他说。


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