韩国科学技术院《ECoMat》：激光诱导石墨烯在再生木材上形成绿色智能家具

成果简介

在推行碳中和政策的过程中，环保和智能家具的发展发挥着重要作用。然而，不可生物降解的电子元件在智能家具制造中的集成导致了大量的电子废物。本文，韩国科学技术院Young-Jin Kim等研究人员在《ECoMat》期刊发表名为“Laser-induced graphene formation on recycled woods for green smart furniture”的论文，研究报告了一种简单的方法，即在中密度纤维板（MDF）上快速生产激光诱导石墨烯（LIG），中密度纤维板是家具生产中普遍存在的再生木材。

该 LIG 电极在飞秒激光脉冲的帮助下，在环境空气中采用可忽略不计的材料烧蚀制成，无需任何额外材料，具有最高的电导率 （2.781 Ω sq−1）在先前报道的基于木质纤维素材料的LIG中。该LIG电极在照明、加热和触摸传感器中的应用显示出足够的性能，可用于智能家具的实施。对于具有环保意识的家具，在回收木材上展示了基于LIG的人机界面，用于智能设备的轻松控制，这将很容易实现面向物联网的智能可持续家具。

图文导读

图1、激光诱导石墨烯触摸传感器、照明用电线、绿色智能家具用炉灶加热器的插图、建模示例和概念图。

图2、LIG 和 MDF 分析。

图3、LIG触摸传感器制造。

图4、中密度纤维板（MDF）上激光诱导石墨烯（LIG）加热器的表征

小结

在这项研究中，利用 FsLDW 技术制造 LIG 的范围扩大到回收的木质基材，包括中密度纤维板、PCB、LCP 和 OSB。通过优化，在中密度纤维板上制造出了高质量的 LIG 电极，可用作照明、触摸传感器和加热器的供电电极，从而实现环保型智能家具。值得注意的是，这些研究是在环境空气中完成的，利用了近红外波长和超短脉冲持续时间的飞秒激光，同时最大限度地减少了热损伤，避免了复杂的制造工艺。这种方法最终在中密度纤维板上制作出了高质量的锂基板电极，其导电率高达 2.781 Ω sq^-1，超过了以往基于木质纤维素材料的锂基板电极。电容式 LIG 触摸传感器被无缝编织进中密度纤维板中，其作为智能传感器的功效通过多方面的测试进行了评估，包括开关控制、PWM 调制光强度控制和多点触摸感应。利用多个触摸传感器的同时协调，可以有效地进行计算机控制。

此外，还利用了基于焦耳加热技术的 LIG 加热器，其稳定运行温度高达 160°C，且无波动。通过触摸传感器对加热器进行控制，展示了其在有形表面上直接实现煮咖啡或炉子加热等功能的适用性。这些综合实验共同凸显了在中密度纤维板上利用 FsLDW 技术制造的 LIG 能够满足大规模生产和个性化制造的需求。此外，利用木质材料，通过fs激光辐照，以高速、低成本制造可生物降解、生物兼容的碳电极，无需额外的化学品，这与绿色电子的要求不谋而合。这项技术有望为各种回收木制家具赋予智能功能，从而以简便、快速和经济高效的方式制造出经济实惠、高质量和具有生态意识的家具。这一成果解决了智能家具长期面临的回收难题，凸显了其将可持续性和便利性完美结合的能力。

文献：https://doi.org/10.1002/eom2.12447