通讯作者：Raul D. Rodriguez
通讯单位：托木斯克理工大学
文章DOI：10.1016/j.carbon.2022.03.039
获得具有均匀薄片分布的本体石墨烯/聚合物混合物的常规途径包括溶液或熔体共混，以及通过原位聚合进行共价接枝。这些方法需要修改整个矩阵体积，而进一步结构化以形成灵活的设备则需要额外的步骤。
相反，最外表面的局部选择性处理对于电子器件应用来说更具成本效益。为此，激光加工提供了一个绝佳的机会，可以只处理已经制备好的聚合物表面的顶层。此外，这种光结构化是无掩模、环保、快速、可扩展的，并允许制造具有可控空间分辨率的任意图案。
柔性电子产品从医疗保健到能源应用具有重要意义。其中，导电聚合物是关键成分。俄罗斯托木斯克理工大学Raul D. Rodriguez课题组将功能化石墨烯单步激光集成到聚合物基质中获得了聚合物纳米复合材料，并解释了其设计、形成机制和应用。激光加工以可控的、直接的方式操纵这种纳米复合材料的物理化学性质，将电介质(MΩ/sq)的电阻调整为高导电材料(Ω/sq)。结合实验和计算方法来阐明石墨烯纳米复合材料的性质和形成机制，证明毫秒时间内从光热聚合物熔化到液相冲击波混合物的不同过程。在电化学传感和天线设备的设计和制造中利用这些石墨烯/聚合物纳米复合材料，展示了在医疗保健和物联网领域的潜力。
图1 用于传感器的柔性导电石墨烯/聚合物纳米复合材料。
a)说明不同过程的复合材料形成机制。Mod-G和LMod-G/PET的扫描电子显微镜横截面图像显示了形态和化学变化。
b)LMod-G/PET复合材料的照片。
c)LMod-G/PET复合材料制造工艺示意图：从Mod-G的合成到使用激光加工制造多功能传感平台，以及在这项工作中开发的一些应用的演示。
图2 Mod-G/PET 和 LMod-G/PET 的表面表征。
a)显示复合材料形成的光学和SEM横截面图像。SEM图像揭示了b)PET上的Mod-G薄膜和c)LMod-G/PET复合材料的形态。XPS测量光谱具有d)Mod-G/PET和原始PET的O1s和C1s高分辨率区域（插图），以及e)LMod-G/PET与块状PET作为参考。
图3 LMOD-G/PET作为多感应平台
a）通过CV曲线通过不同扫描速率检测0.1M K4[Fe(CN)6]的电化学传感器行为。插图显示阴极电流峰值对扫描速率的平方根的依赖性。b）LMOD-G/PET锥形倒置平面天线的反射系数，实际装置的照片。
总结
1. 本文首次报告了通过实验物理化学方法、计算机模拟和实时高速视频研究新型石墨烯/聚合物纳米复合材料(LMod-G/PET)的激光驱动制造和形成机制。
2. 激光脉冲在液相中诱导局部聚合物熔化和冲击波，促进功能化石墨烯整合到基于导电聚合物的框架中。激光加工过程中没有释放CO2表明，功能化石墨烯的光催化作用也可能在纳米复合材料的形成中发挥作用，而CO和其他气体的释放解释了多孔的内部结构。
3. 可调谐激光加工可去除芳基，从而实现电介质到类金属电导率的转变，这对电子设备特别有用。
4. 本文证明了LMod-G/PET是柔性电化学传感器和天线的廉价且可扩展的替代品，其抑菌特性对于未来在医疗保健平台（包括可穿戴设备）中的应用非常重要。
5. 本文研究了LMod-G/PET在温度、呼吸/气体传感器、屈肌和皮肤电导传感器中的应用。考虑了可以使制造技术商业化的每个工程步骤的可扩展性以及已经制造的传感器的高度适用性。
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