供圖：杰夫·菲特洛/萊斯大學(xué)

      一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的特殊激光器可以將石墨烯圖案刻在各種不同的材料上，包括這片面包。然而，除了繪制可愛的貓頭鷹外，科學(xué)家們希望利用這項(xiàng)技術(shù)將電子傳感器安裝在日常用品上。

　　現(xiàn)在，想像一下你最喜歡的食物，它的表面有一種非常薄的可食用傳感器，這些傳感器可以給你提供有用的信息，也許它們可以告訴你食物的營(yíng)養(yǎng)成分，或者展示食物生產(chǎn)的地點(diǎn)和時(shí)間，甚至展示食物的生產(chǎn)過程，這正是科學(xué)家們正在努力的方向。一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過使用特殊的激光，已經(jīng)能夠在食物和織物等日常材料上蝕刻超薄碳層，這是制造新型電子傳感器早期但重要的一步。將來，它們可以變成可穿戴的甚至可食用的。

　　Yieu Chyan是萊斯大學(xué)(Rice University)的一名化學(xué)家，他的團(tuán)隊(duì)使用激光將不同物體最外層的碳層轉(zhuǎn)化為一種令人難以置信的有用材料，這種材料稱為石墨烯(GRAA-feen)。它是一種單原子厚度的碳，研究人員正在完善這項(xiàng)刺青技術(shù)，將它用于普通的含碳材料，這些材料包括紙、軟木、木材、紙板、布，甚至食物，如土豆和面包。

　　化學(xué)家James Tour指出，他的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用激光，在馬鈴薯和其他物品上制造出石墨烯刺青，物品上的“R”代表他工作的萊斯大學(xué)。

　　碳原子的排列方式使得石墨烯呈現(xiàn)黑色，所以用激光制造的刺青看起來像描繪的一樣，但研究人員不會(huì)在物品表面添加墨水或其他任何東西，由碳原子形成的石墨烯，已經(jīng)算是材料的一部分了。

　　石墨烯具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并且排列成單原子厚度的薄片。當(dāng)激光通過一些材料的表面時(shí)，其強(qiáng)大的能量將這些碳原子鎖定在材料表面，將它們轉(zhuǎn)化為石墨烯。有時(shí)候，激光反而會(huì)撞擊碳原子，產(chǎn)生無穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的泡沫，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，研究人員會(huì)再次將激光通過物體表面，第二遍聚焦激光使碳泡沫轉(zhuǎn)化為石墨烯，科學(xué)家將這種處理方式稱為激光誘導(dǎo)石墨烯(laser-induced graphene)或LIG。

　　科學(xué)家們已經(jīng)利用LIG方法研究了很長(zhǎng)時(shí)間，Chyan說：“我們知道它在許多應(yīng)用領(lǐng)域中非常有用，包括傳感、水分解、制造特殊涂層和電池”，但他也補(bǔ)充道，之前只是在一種被稱為聚酰亞胺的材料上進(jìn)行LIG研究，該材料是一種塑料，萊斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)不希望止步于此。Chyan解釋說：“我們希望能夠?qū)IG技術(shù)應(yīng)用在各種不同的材料上。”

　　為此，他們改變了方法。他們找到了一種使用多種激光的處理方法來制造LIG。研究過程中，他們發(fā)現(xiàn)激光在木質(zhì)素含量高的材料上，作用效果特別好，這種富含碳的物質(zhì)存在于許多植物中。例如，在軟木、椰子和土豆皮上的刺青效果非常好。Chyan的團(tuán)隊(duì)于2月13日在《ACS Nano》期刊上描述了這些發(fā)現(xiàn)。、

　　石墨烯在電子器件上的應(yīng)用

　　石墨烯不僅非常堅(jiān)固，而且有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，這就是為什么科學(xué)家對(duì)使用LIG技術(shù)，制造電子產(chǎn)品特別感興趣。Chyan說：“例如，你可以把LIG技術(shù)應(yīng)用在布上，制作可穿戴的電子產(chǎn)品。想象一下，這是一件有自己的電源，傳感器和接線的夾克。”

　　James Tour是萊斯大學(xué)的化學(xué)家，也是這項(xiàng)新研究的合著者。他希望在食物上看到電子傳感器。制造商已經(jīng)將小型計(jì)算機(jī)芯片安裝在許多物品上。一種稱為射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽的芯片，可以存儲(chǔ)多種類型的信息，人們可以通過使用小型設(shè)備掃描標(biāo)簽，來檢索存儲(chǔ)的信息?，F(xiàn)在時(shí)不時(shí)展望一下，有一天，每一樣食物都會(huì)有一個(gè)微小的RFID標(biāo)簽，告訴你有關(guān)它的生產(chǎn)地、可以儲(chǔ)存的期限、它的生產(chǎn)國和城市，以及到達(dá)餐桌的路徑。

　　LIG標(biāo)簽甚至可以幫助檢測(cè)危險(xiǎn)細(xì)菌的存在。如何檢測(cè)?也許，Tour暢想道：“它們可以發(fā)亮并給你一些你不想吃這些食物的信號(hào)。”

　　Jian Lin是哥倫比亞密蘇里大學(xué)(University of Missouri)的一名機(jī)械工程師，曾與Tour合作過，Lin對(duì)LIG的應(yīng)用前景持樂觀的態(tài)度，他說這項(xiàng)新研究描繪了“令人十分興奮的工作”。萊斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)的改進(jìn)主要表明“任何具有適當(dāng)碳含量的東西都可以變成石墨烯”。

　　Lin自己的團(tuán)隊(duì)正在探索如何在機(jī)器人技術(shù)中使用LIG，他說，他們正在測(cè)試將該技術(shù)用于能量存儲(chǔ)、生物傳感器和軟件機(jī)器人。最新的應(yīng)用需要用到柔軟且可彎曲的材料。

　　Chyan也在研究LIG在機(jī)器人方面的應(yīng)用。他想讓機(jī)器人擁有“觸覺”傳感器，以幫助它們回應(yīng)觸摸物體時(shí)的感受。例如，在機(jī)器人的手套中，LIG可以發(fā)出信號(hào)表示握東西時(shí)需要多緊才能使其不會(huì)掉下來，但也不會(huì)被壓扁。