郑州大学、密苏里大学《Small》：木质纤维素高效快速转化为多孔石墨烯，用于多功能柔性电子产品

成果简介

纤维素是当今世界上含量最为丰富的生物聚合物。纤维素的低成本、自然降解性和特有的分子结构使其成为柔性电子产品基材的绝佳选择。然而，纤维素基板还需要掺入活性元素或喷涂导电图案才能导电，这一步骤繁琐、昂贵且对环境有潜在的危害。本文，郑州大学、密苏里大学《Nano Micro small》期刊发表名为“Direct Induction of Porous Graphene from Mechanically Strong and Waterproof Biopaper for On-Chip Multifunctional Flexible Electronics”的论文（赵楠副研究员为第一作者），首次报道了一种简单有效的方法，将纤维素与木质素交联制备木质纤维素复合薄膜，并通过激光直接写入（DLW）技术将其转化为导电的激光诱导石墨烯（LIG）。木质纤维素复合薄膜相比纯纤维素薄膜，具有更致密的结构、更光滑的表面、更高的机械强度。转化后的LIG也具有良好的性能，例如高导电性和疏松多孔结构。这使得LIG在超级电容、应变传感、焦耳加热和多巴胺传感等应用方向均有良好表现。这项工作为木质纤维素升级为高附加值生物产品开辟一条新途径。

图文导读

图1. (a)木质纤维素复合生物纸的制备示意图 (b) 木质素基环氧丙烯酸酯（LBEA）合成反应方案 (c)丙酮可溶性硫酸盐木质素(ASL)及LBEA (LBEA-A-10-2)的FTIR光谱 (d)不同LBEA含量的木质纤维素复合生物纸照片

图2.（a）激光直接写入示意图 （b-d）LIG的SEM图像 （e）LIG的TEM图像 （f-j）不同激光强度与不同LBEA含量对LIG性能影响分析

图3 .LIG应用于电容的电化学性能

图4.LIG应用于应变传感的电学性能和信号输出

图5. LIG应用于焦耳加热的电化学性能

图6 .LIG应用于多巴胺传感的电化学性能

小结

综上所述，本文开发了一种木质纤维素基薄膜，并利用激光直接写入（DLW）技术将其转化为激光诱导石墨烯（LIG）。木质纤维素基薄膜韧性高、防水性强、机械强度高；转化后的LIG性能优异，具有高导电性和疏松多孔结构。在此，本文展示了其作为多功能传感器在电容器、应变传感、焦耳加热、多巴胺传感方面的应用。这将木质纤维素升级为高附加值生物产品开辟一条新途径，并为可再生石墨烯材料和衍生绿色电子产品的大规模生产提供潜在的可行性。

文献：https://doi.org/10.1002/smll.202300242