用于传感器的激光划线石墨烯

2023-10-08 18:26

来源： OFweek激光网

用于压力、生物、气体、温度和湿度传感器的激光划线石墨烯

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随着信息时代的发展，能够传输和检测信息的传感器已成为获取信息的主导方式。因此，构建检测范围宽、灵敏度高、响应快的传感器系统至关重要。

近年来，石墨烯材料由于其优异的导电性和物理、光学、热学和结构性能而在传感器应用中受到越来越多的关注。这些应用主要包括压力和机械应变等物理性质的检测，葡萄糖、多巴胺、蛋白质、重金属和有机污染物等化学物质的检测，以及气体、温度和湿度的检测。

在《光：先进制造》杂志上发表的一篇新论文中，上海理工大学王正芬博士和陈曦教授领导的科学家们回顾了用于传感器制造的激光划线石墨烯（LSG）。

石墨烯可以通过多种方法制备，例如机械剥离、化学气相沉积（CVD）、外延生长和氧化石墨烯的化学还原。通过机械剥离可以获得高质量的石墨烯，但效率低下阻碍了石墨烯的大规模生产。

CVD法被认为是制备大面积、高质量石墨烯最有前途的方法，但CVD法受到高能耗和成本的限制。采用外延生长方法制备的石墨烯薄膜具有良好的导电性和高的光学透过率。然而，它们需要高温处理、能源消耗和转移成本。氧化石墨烯的化学还原成本低、效率高，但在制备过程中会产生环境污染问题。因此，石墨烯的低成本、高效、无污染的制备方法仍然非常令人感兴趣。

激光直写技术由于其选择性和局部还原、精确快速图案化以及无需掩模和额外化学品的独特优势，近年来吸引了各个领域的研究应用。激光直写技术是利用激光照射碳前驱体，通过原位划片生成石墨烯。整个激光划片过程仅需几分钟，显着提高了石墨烯的制备效率。

LSG薄膜具有高比表面积、高热稳定性和高导电性等优异特性，使其具有广泛的应用。这些应用包括光电探测器、传感、能量存储、忆阻器、全息术、抗菌应用和天线。

研究团队讨论了LSG的制备和改性，可以通过不同的激光光源和前驱体来制备LSG，包括GO和PI等碳前驱体。传统的石墨烯制备方法能源密集、成本高昂或对环境不友好，但这种用于石墨烯制备的激光划片方法克服了这些缺点。通过调整激光参数、气氛和掺杂，可以一步修改 LSG。LSG的高比表面积、良好的导电性以及简单高效的制造工艺使其在传感器应用方面具有巨大的潜力。

研究团队总结了LSG在压力传感器、生物传感器、气体传感器、温度传感器、湿度传感器等方面的应用。通过在 LSG 的制备过程中使用适当的激光功率、扫描速度、扫描间距和适当的掺杂，可以优化传感器的性能。对于多功能传感器，可以通过结构设计和图案化来减少不同信号之间的串扰。特别是，柔性图案制备和各种柔性基板使得LSG在可穿戴传感器应用中也很有前景。