石墨烯，因其獨特的性能和廣闊的應用前景，被公認為二十一世紀的“革命性材料”和“新材料之王”，儼然成為科學界研究的熱點。近日，中國北航有團隊利用先進鐳射誘導石墨烯技術成功研製出了不依賴於基體支撐的大尺寸石墨烯紙。此項最新研究成果先後被著名雜誌《Small》與《Carbon》線上刊登。
石墨烯紙，簡稱GP，作為一種自支撐宏觀二維材料，是基於石墨原料，與聚合物、陶瓷、金屬等材料複合而成的，具有層疊式的結構。它比普通紙張更薄，其宏觀力學性能比其他紙裝材料相對來說還要更優異，而強度和彈性模量都遠遠超過其他材料，在彎曲載荷下有相當的柔性，比如：斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍；拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。
簡單來說呢，石墨烯紙具有超輕、超薄、高強、高透光、高導電、高導熱、好韌性等一系列的優異特性。除此之外，它還是一種環保型的材料，是可回收和可持續製造的。如此以來，其在柔性電子、航空航太、智慧結構、儲能器件、生物醫學、汽車等諸多領域都是具有非常大潛在應用價值的。
但是，傳統石墨烯紙主要是依賴液相組裝法進行製備的。這種製備方法呢，原料非常之昂貴、工藝也是相當繁瑣、加工效率更是很低，完全不利於大規模製備與廣泛應用。為了解決這個問題，就在2014年，美國萊斯大學的著名化學學家James Tour提出了先進鐳射誘導石墨烯技術（簡稱LIG技術），這種技術不但能夠大幅度降低生產成本，而且使得柔性石墨烯器件的製備變得簡單又高效了。
然而，關於利用先進鐳射誘導石墨烯技術製備大尺寸石墨烯紙的研究及方法遲遲未被提出，這也在一定程度上限制了鐳射誘導石墨烯技術與柔性石墨烯器件的應用。以此為鍥機，北京航空航太大學機械工程及自動化學院羅斯達教授團隊開展了一系列的研究，最終尋找到了可行性的製造辦法，成功製備出了不依賴於基體支撐的大尺寸石墨烯紙。
目前，該團隊製備出的單張石墨烯紙的最大面積可達1400cm2，是現有實驗室級石墨烯紙製備的最大尺寸之一了。此外，該材料還具備柔性與韌性，這不但保障了其可通過鐳射二次加工、實現各種多尺度的複雜結構，還可以與樹脂、矽膠等先進工業材料進行進一步的一體化融合製造。
在通過系統的加工結構性能關係探索研究後發現，該先進鐳射誘導石墨烯紙材料具備優異的電學、熱學、力學、電化學等特殊性能，可用於可穿戴手勢識別、機器人動作捕捉、油水分離、抗菌介面，除此之外，還能實現具有阻燃、防/除冰、結構健康監測等功能的先進航空樹脂基複合材料結構。相信這種利用先進鐳射誘導石墨烯技術製備出的無基質大尺寸石墨烯紙，在未來會有更廣闊的商業化前景。
