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成果简介
基于石墨烯的光电探测器由于其带宽大、占地面积小以及与硅基光子学平台的兼容性而在高速光通信中引起了极大的关注。大带宽硅基光相干接收器是具有先进调制格式的大容量光通信网络的关键元件。 本文，华中 科技 大学张新亮教授团队等研究人员在《Nat Commun》期刊 发表名“Ultrahigh-speed graphene-based optical coherent receiver”的论文， 研究通过实验证明一种基于90度光学混合和石墨烯上等离子体槽波导光电探测器的集成光学相干接收器，具有紧凑的占地面积和远超过67GHz的大带宽 。结合平衡检测，接收 90 Gbit/s 二进制相移键控信号并提高信噪比。此外，实现了在单极化载波上接收 200 Gbit/s 正交相移键控和 240 Gbit/s 16 正交调幅信号，附加功耗低于 14 fJ/bit。这种基于石墨烯的光相干接收器将有望在 400千兆以太网和800千兆以太网技术中应用，为未来高速相干光通信网络铺平另一条路线。
图文导读
图1：在PSW上使用石墨烯的 OCR。
图2：90度光学混合性能。
图3：石墨烯-PSW PD 的性能。
图4：平衡检测测试。
图5：相干检测的实验演示。
小结
综上所述，结果表明，我们提出的基于石墨烯的 OCR 对高级调制格式具有超高速和高质量的接收能力，这些格式对光的幅度和相位信息进行编码。 经过验证的基于石墨烯的器件为超紧凑和高性能 OCR 提供了一条不同的材料路线，在数据中心和下一代高速光互连中具有竞争力。
文献：
关键词属于主题词中的一类。主题词除关键词外，还包含有单元词、标题词的叙词。主题词是用来描述文献资料主题和给出检索文献资料的一种新型的情报检索语言词汇，正是由于它的出现和发展，才使得情报检索计算机化(计算机检索)成为可能。主题词是指以概念的特性关系来区分事物，用自然语言来表达，并且具有组配功能，用以准确显示词与词之间的语义概念关系的动态性的词或词组。技巧—：依据学术方向进行选题。论文写作的价值，关键在于能够解决特定行业的特定问题，特别是在学术方面的论文更是如此。因此，论文选择和提炼标题的技巧之一，就是依据学术价值进行选择提炼。技巧二：依据兴趣爱好进行选题。论文选择和提炼标题的技巧之二，就是从作者的爱好和兴趣出发，只有选题符合作者兴趣和爱好，作者平日所积累的资料才能得以发挥效用，语言应用等方面也才能熟能生巧。技巧三：依据掌握的文献资料进行选题。文献资料是支撑、充实论文的基础，同时更能体现论文所研究的方向和观点，因而，作者从现有文献资料出发，进行选题和提炼标题，即成为第三大技巧。技巧四：从小从专进行选题。所谓从小从专，即是指软文撰稿者在进行选则和提炼标题时，要从专业出发，从小处入手进行突破，切记全而不专，大而空洞。
首先曹原智商非常高，这是他小小年纪考上重点大学的原因，其次，他很有想法，对事物有自己创新的独特的见解。
如今这个天才已经成为了我国中国科学院的院士，为我国的科技发展默默地贡献出自己的一份力量。
Laser‑Induced Graphene: En Route to Smart Sensing
Libei Huang, Jianjun Su, Yun Song, Ruquan Ye*
Nano‑Micro Lett.(2020)12:157
本文亮点
1. 总结了 激光诱导石墨烯 的制备和工程化策略。
2. 综述 基于LIG的传感器 ，重点介绍其设计原理和工作机制。
3. 讨论LIG传感器与信号传输的集成及其未来 智能化传感系统 的前景。
内容简介
香港城市大学化学系叶汝全教授团队 以设计原理和工作机制为核心，综述了LIG技术在传感器应用上的进展，论文第一作者为香港城市大学化学系博士研究生黄丽蓓。文章首先简要介绍了LIG和LIG复合物的制备原理，包括形貌和组分的调控，物理和化学特性的控制等。接着基于设计原理和工作机制(特异结合型和非特异结合型的化学传感器，基于压阻效应的机械传感器等)，对LIG传感器进行总结。最后，作者讨论了LIG的影响及其未来发展。
图文导读
I LIG的制备及其相关机械性能
聚酰亚胺膜等可被CO₂激光转化成石墨烯，无需掩膜板, 任何形状的LIG可通过计算机控制软件的控制进行制备。通过改变制备的气氛，前驱物，激光的参数包括激光扫描速度，工作模式，频率，每点脉冲数等，可对LIG的物理和化学特性进行调控。不仅是红外激光，可见光，紫外光等激光器也可成功制备LIG。红外激光制备LIG主要是源于光热效应，瞬间的高温可是前驱物的化学键断裂和重新组合，这个过程会伴随着气体的生成，这也是LIG高孔隙率的原因之一。
对于紫外光激光来说，LIG的转化主要是一种光化学反应，因为紫外光波长短，能量大，可直接使化学键断裂。而对于可见光激光，光热效应和光化学反应则可能同时存在。相比于丝网印刷，3D打印，光刻等，激光诱导制备石墨烯展现了它制备过程简单、低成本、高效、环保的独特优势。得益于前驱物(有机薄膜)的柔韧性以及LIG易于转移到兼具机械性能和延展性的衬底上的特点，LIG在传感器，特别是可穿戴器件上具有广泛的应用。
图1. (a)PI转化成LIG的示意图。(b)LIG的SEM，HRTEM图。比例尺为10 μm和5 nm。(c)在不同气氛下，LIG的接触角。(d)纤维状的LIG的SEM图。
图2. LIG及其复合材料的机械特性。(a)弯曲状态下的硼掺杂的LIG。(b)不同弯曲半径下硼掺杂的LIG电容的电容保持率。(c-d)LIG超级电容器在不同拉伸强度下的测试。(e)LIG与水泥复合。(f)基于LIG-水泥复合物的气体传感器。
II 基于LIG的化学传感器
化学传感器广泛应用于食品安全、水产养殖和饮用水中的污染物、有危险气体排放的工业周围的空气质量以及葡萄糖、乳酸和多巴胺等代谢物的检测。化学物质检测的工作机理通常依赖于由刺激物引起的电阻、电容和电荷转移电阻等电信号的变化。这种化学物质的检测可分为两大类，一类是基于化学物质与LIG表面的特异结合，另一类是基于非特异性结合。
特异性结合的化学传感器
特异性结合型化学传感器是通常是对LIG的表面进行修饰，如抗体、酶和适配体等。由于识别元件和目标化学物质之间的精确结合，此类传感器往往表现出非凡的传感选择性。当识别元件与目标化学物质结合后，电极表面的电容、界面传输电阻等信号将产生变化，与目标化学物质的浓度相关。通过检测相关电信号的变化，可以推导出对应化学物质的浓度。
图3. 基于LIG的特异结合型化学传感器的制作工艺及传感性能。利用化学物质与被修饰的LIG之间特异性结合机制，从小分子到生物分子甚至病原体，许多物质已经被成功地检测。
图4. 各种特异性结合的LIG化学传感器。(a)凝血酶传感器、(b)双酚a传感器和(c)酶类葡萄糖传感器示意图。(d)用于检测大肠杆菌O157:H7的基于AuNPs-LIG的传感器示意图。(e)大肠杆菌传感器的奈奎斯特图。(f)阻抗响应随浓度的校准曲线。
非特异性结合的化学传感器
非特异性结合化学传感器在化学传感器中也起着重要作用，相比特异性结合型传感器，非特异性结合传感器的成本通常较低。化学氧化还原反应和物理性质都是非特异结合型化学传感器的信息来源。
化学氧化还原反应
化学氧化还原反应通常用于检测溶质或者气体。检测可以是定性的，也可以是定量的。例如，不同分析物往往有不同的氧化还原电位，因而通过氧化还原电位的鉴定，有助于区分不同的分析物。同时，与氧化还原反应相关的电流密度与分析物的浓度正相关，通过标定特定电位下的电流密度，可以提供有关分析物浓度的信息。
图5. 基于化学氧化还原反应的葡萄糖传感器。(a)连续添加不同葡萄糖浓度的电流响应。(b)葡萄糖传感器的校准曲线。
物理特性
利用LIG与被测物相互作用时的电阻、被测物的热导、被测物溶液的电导率或阻抗等物理性质来探测相应的响应。例如，但溶液离子浓度增加，界面传输电阻将下降。通过构建离子浓度与界面传输电阻的关系，可以用以检测未知溶液的离子浓度。然而，由于其他离子亦能产生类似的效果，这一检测手段不适于对多组分溶液的浓度检测。
图6. 基于内在和外在物理特性的非特异性结合传感器。(a)基于电阻变化的氢气传感器。氢气作用于LIG(顶部)和氢气在LIG/Pd(底部)上催化反应的能带分析。(b)不同弯曲状态下的电阻响应与H₂浓度的关系。(c)基于热导的气体传感器对各种气体的响应。(d)弯曲曲率半径为7 mm的气体传感器对空气的响应幅度。插图显示了0和1000次弯曲循环后气体传感器对空气的响应。(e)硝酸盐传感器对硝酸盐浓度的响应。插图是传感器浸入溶液中的等效电路。(f)实际温度和测量温度的比较。
III LIG机械传感器
机械传感器广泛应用于人体精细运动检测、手语翻译和机器人抓手等领域。基于LIG的机械传感器通常是建立在压阻效应的基础上的，它可以检测由激励引起的形状变形引起的电阻变化。当LIG处于拉伸、弯曲、震动状态时，其电阻将产生变化。通过监测LIG的电阻，结合机器学习，可以判定器件所处的物理状态。同时，记录LIG电阻因心跳、脉搏、声带振动等引起的时间分辨变化，则可以用以检测心率、辨别声音。
图7. (a)3D打印PEEK齿轮转换成LIG的过程的示意图。(b)PEEK LIG 智能组件的双向弯曲和拉伸的工作机制。(c)传感器电阻随施加应变的变化。(d)弯曲响应时间和恢复时间。(e)齿轮磨损程度与电路电阻的关系。插图显示了智能齿轮的三种不同磨损程度：(I)未磨损(II)部分磨损(III)严重磨损。
通过按时间顺序记录压阻效应，基于LIG的机械传感器可用于实时检测各种信号，如心跳、动作和声音。
图8. 脑电图、心电图和肌电图测量。
IV 展望
自2014年LIG的发现以来，LIG合成技术的进步显著改善了石墨烯的性能，增加了应用的通用性。例如，激光的波长从红外延伸到可见光甚至紫外线，这使LIG结构的空间分辨率提高到 12 µm。LIG复合材料的制备策略，如原位改性和非原位改性，可以提高LIG的机械强度、导电性等物理性能，也可以通过加入功能材料来提高LIG的化学性能。LIG技术的低成本和合成的简单性促进了一系列LIG传感器的发展，使其成为工业生产的潜在候选技术之一。
随着传感机制的合理设计，从各种化学物质到声音、运动和温度，各种各样的刺激被成功检测。由于LIG的高比表面积和化学稳定性，这些传感器往往表现出高灵敏度和高稳定性。此外，LIG的高导电性使其成为将刺激信号转换为电信号的理想传感器。由聚合物制成的原始LIG通常是柔性的，其转移到其他基材(如弹性体或水泥)可以赋予其弹性或刚性，这使得LIG可用于不同的场景，如可穿戴电子设备和智能建筑等。LIG传感器的发展已经从单一的检测元件发展成为集成系统。通过将无线传输和微控制器模块与物联网集成起来，实现了对被测物的实时和连续检测。
作为一种可图形化和可打印的制造技术，基于LIG的传感器为开发集成化小型化器件开辟了一条新的途径。然而，LIG技术在实际应用中仍有一定的改进空间。例如，在某些情况下，LIG层与前驱体的结合强度不够。尽管可通过一些方式进行规避，如用粘性聚合物功能化或将LIG转移到弹性体上，但是化学品的消耗和额外的制造步骤对生产来说并不理想。有些LIG传感器没有进行体内或现场检测，这可能无法反映传感器在实际情况下的可行性、稳定性和耐用性。然而，这对于实际应用来说却是很重要的，因为来自环境的干扰和实验室条件的变化可能会影响传感器的灵敏度和可靠性。尽管如此，在全球范围内研究人员的共同努力下，LIG转变为各种传感器的多样性一直是令人满意的。随着未来的发展，LIG传感器将在广泛的应用中找到一片新天地。
作者简介
叶汝全
本文通讯作者
香港城市大学 助理教授
主要研究领域
激光诱导石墨烯技术在催化、水处理、能源转换、传感器等方向的应用；二氧化碳还原，水分解等催化反应的界面、催化剂的合理设计，提高能源利用效率。
主要研究成果
在Nat. Commun., Adv. Mater., ACS Nano, Acc. Chem. Res., Angew. Chem. Int. Ed.等高影响力学术期刊以第一作者或通讯作者发表论文20余篇，获授权国际专利、美国授权专利6项，曾获国家优秀自费留学生奖，香港工程师学会青年工程师/研究人员杰出论文奖。
撰稿：原文作者
长三角激光联盟陈长军 转载
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未来发展是很有前途的，集多种优良性能于一身，应用潜力很大，是引领高科技的超级材料；突破石墨烯的技术研发，加快石墨烯的产业进程。
石墨烯电池到底是不是一个，看完本文你就清楚了!
众所周知，黑金电池也就是石墨烯电池大规模出现在行业面前，是在2016年3月份的天津展会上!
当时，行业几巨头纷纷推出自已的黑金系列，在中国电池企业的石墨烯化应用方面，给人走在了行业最前沿的一种错觉。
后来又有数家企业宣布开发出了自已的石墨烯产品，高调加入这一石墨烯俱乐部!
近日小编又看到一个石墨烯锂电池项目准备要投产的消息，而且产能还不是一般的大，是15亿瓦时!当时小编就笑了!
什么是石墨烯?什么是黑金?今天小编就借着这个消息给大家说说石墨烯电池背后那些剪不断、理还乱的故事。
1、石墨烯是什么?
13年前，也就是2004年，英国曼彻斯特大学的两位教授，盖姆和诺沃肖洛夫从石墨薄片中剥离出了石墨烯，一种单层碳原子层构成的蜂窝状晶格二维原子晶体。
这种单层的结晶体，是一种厚度仅为纳米，具有优异的电学、热传导、阻隔性等性能的新型材料，被人们寄于无限希望，甚至有人称之为“材料之王”，因其价比黄金，许多人又将其称之为“黑金”!
而中国的石墨烯研究相对于西方，则有所滞后。直2015年12月，中科院上海硅酸盐所才在《科学》杂志上发文宣称，自已的相关团队最近研制出一种高性能超级电容器电极!
记住，这只是实验室阶段的成果。
据其官方网站给出的消息“中国科学院上海硅酸盐研究所。。。合成了一种有序介孔(中孔之意)少层碳的新型材料。”并且在《科学》杂志上，这篇论文也没有提到石墨烯，而是碳材料。
2、石墨烯电池
随后这种新材料的横空出世，一些媒体就开始捕风捉影，极尽炒作!
这种被认为“具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的‘超强电池’的新材料料，一旦应用于电池上，就会给电池行为带来新的突破!甚至有可能“充电7分钟，行驶35公里。”
没想到这一概念被一些急于在技术上获得突破的电池企业所利用。于是石墨烯电池这一概念就被一些人所利用，只是没想到，仅仅三个月后，就在天津展会上被展示了出来。
如果高性能的石墨烯电池真的生产了出来，并且得到了应用，确实可以为人们的生产和生活带来极大的便利，我们不得不为中国企业过强的研发和制造能力所感动!
3、真的有石墨烯电池吗?
不过，中国企业大规模应用石墨烯于电池领域，真的属实吗?事实真像到底是什么样的?
我们注意到了一个细节，为了避免日后被动，在口头上热炒石墨烯的同时，这此宣称自已掌握了石墨烯生产技术并大规模市场化应用的企业，在书面上尽量使用”石墨烯'的代称"黑金"!
不过，在不明真像的行业媒体的数轮热炒之后，行业内都清楚，这些企业的黑金电池，其实就是石墨烯电池!而且这种电池在各个方面都比普通电池要好!
但是有几个人知道，直到现在，无论国内还是国外，石墨烯原材料的生产，在技术上还不完善，还没有完全进入工业化生产阶段，制造成本过高，在工业化应用方面还没有得到推广!
虽然有一些行业宣称自已的产品有“石墨烯”或“黑金”的属性，甚至公布自已有”石墨烯“或”黑金“的相关产品问世!
不过从石墨烯的现状来看，这种产品基本上都是概念产品。如果上升到法律的角度，这种产品就是假冒伪劣，这种宣传就是虚假宣传!
石墨烯在电池领域的应用也是这种情况!
4、学术界对石墨烯电池的认识
中国科学院物理研究所固态离子学课题组组长黄学杰教授认为，目前在正极里添加少量石墨烯可以增加正极的电子电导而改善电池的放电倍率特性.
从理论上而言，单层石墨烯导电性最好，用于电池充电时间短，而层数越多导电性越差，用于电池充电时间越长。
据透露，目前的石墨烯电池只是被添加了一些被称之为多层石墨烯的石墨片层成分而已。
而现实的情况是，目前几乎没有企业敢声称自己是使用单层石墨烯造出了电池，更多使用的只是石墨烯的混合物，确切地说是含有少量石墨烯成分的细小的多层石墨微片。
而且就算石墨烯可以做导电剂，促进电池快速充放，理论上能提高倍率性能，但若分散工艺不到位，混料不均，仍难以发挥效用。
如果说在正极里加了连百分之一都不到的石墨烯的电池可以称之为石墨烯电池，那么炒萝卜时加了点牛肉粉的调料，那么这种炒萝卜是不是就可以称之为牛肉萝卜了呢?
目前，在任何严谨的研究机构或者学术杂志上，也找不到关于石墨烯电池的叫法。
在学术界看来，目前所热炒的石墨烯电池还是一个伪概念，目前所标榜的墨烯电池并不存在。与石墨烯相关的一些颠覆性理论从未得到业内人士的认可。
5、石墨烯太贵，即使制成了电池，普通人也消费不起
在电池中应用，石墨烯主要起到的作用，一是导电剂，二是可能做电极嵌锂材料。其实，这两点，都是在和传统的导电碳/石墨竞争。“
那么问题来了，你知道导电碳/石墨多便宜么?都是论克卖的!否则会被称之为黑金吗?
说的难听一点，就算这种电池造出来了，请问谁能消费得了?特别是电池大打价格战的当下，就算是标榜高富帅的黑金电池，价格也是一落千丈!
请大家记住，石墨烯的价格远超黄金。
3、石墨烯电池的真像
其实，在石墨烯刚一面世，就有媒体曝料声称，这种电池不过是增加了极板重量的普通电池而已。
甚至有人指出，目前市面上12安时和20安时的黑金电池，其实只不过是14安时和22安时的普通电池而已。
实事求是的讲，我国石墨烯产品和高效蓄电池项目目前尚未形成完整的产业链。
而事实上，当前我国石墨烯材料正处于从研究的关健期和突破期，生产技术还成熟，快速产业化应用还有一段较长的路途要走。
如果有人说自已的石墨烯电池或黑金电池是真的，并不是14或22的普品，那么，请你们拿出自已石墨烯的进货凭具即可!
你生产了多少黑金电池，你购了多少原材料，你这些原材料从哪家生产企业购得，这家企业是做什么的，让大家看一看不就明白了!
黑金到底坑了多少经销商，估计到目前还无法统计得出来。不过，网络上对于黑金的叫骂，自黑金电池出现之后，似乎就从未停止过!
如果以前真的是进行概念炒作，被市场倒逼或者裹胁，那么善良的公众，也不会去追究什么。其实更多的人还是希望中国的蓄电池行业能够更良性的向前发展!
引用 电动车世界2018-11-23 00:58
我认为未来发展应该是比较不错的，这样的电池储存能力是比较强的，安全系数比较高，性价比比较高。
导读
背景
光子学（photonics）是研究作为信息和能量载体的光子的行为及其应用的学科。光子学及其发展的相关技术即光子技术，具有丰富的内涵和广阔的应用前景。如果你使用智能手机、笔记本电脑、平板电脑，那么就有望从光子学的研究中获益。
创新
近日，美国特拉华大学电气与计算机工程系助理教授 Tingyi Gu 领导的一支团队正在开发光子器件方面的前沿技术，该技术可以使得器件之间以及使用者之间的通信速度更快。
最近，该研究小组设计出一种“硅-石墨烯”器件，它能以亚太赫兹的带宽，在一皮秒之内发射无线电波。这样不仅可携带更多信息，而且速度也更快。他们的研究近期发表在《美国化学会应用电子材料（ACS Applied Electronic Materials）》期刊上。
论文第一作者、研究生 Dun Mao 表示：“在这项研究中，我们仔细研究了用于未来光电子应用的集成石墨烯的硅光子器件的带宽限制。”
技术
硅是大自然产生的一种非常富足的材料，通常作为电子器件中的半导体使用。然而，研究人员们已经耗尽了仅由硅制成的半导体器件的潜能。这些设备受制于硅的载流子迁移率（电荷通过材料的速度）以及间接带隙（限制了释放和吸收光线的能力）。
现在，Gu 的团队将硅与一种具有更多有益特性的材料（二维材料石墨烯）相结合。二维材料以只有一层原子而得名。与硅相比，石墨烯具有更好的载流子迁移率以及直接带隙，使得电子传输得更快，并且电气和光学特性更好。通过将硅与石墨烯相结合，科学家们将可以继续利用已经在硅器件中使用的技术，硅与石墨烯的结合使运行速度变得更快。博士生 Thomas Kananen 表示：“通过研究材料的特性，我们能否比现在做更多的事情？这就是我们想要搞清楚的。”
为了将硅与石墨烯相结合，团队采用了一种他们正在开发的方法。一篇发表在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文描述了这种方法。团队将石墨烯放置到一个特殊的地方，即所谓的“p-i-n结”。它是材料之间的一种接口。通过将石墨烯放置在“p-i-n 结”上，团队以一种可以提升响应率和器件速度的方法优化了这个结构。
这个方法很健壮，而且便于其他研究人员采用。这一工艺产生在12英寸的超薄材料晶圆上，并利用了小于一毫米的元件。某些元件是在商业制造厂生产。其他的工作在特拉华大学的纳米制造设施进行，材料科学与工程系副教授 Matt Doty 是该设施的主任。
Doty 表示：“特拉华大学纳米制造设施（UNDF）是一个员工支持的工厂，它使用户可在7纳米的长度级别制造设备，约为人类发丝直径的万分之一。UNDF成立于2016年，为从光电子学到生物医学再到植物科学的一系列领域带来了新的研究方向。”
价值
硅与石墨烯结合之后，可作为光电探测器使用，可以感知光线，并制造电流，并且比现有方案的带宽更大和响应时间更少。所有这些研究意味着未来将带来更便宜、更快速的无线设备。博士后研究员、发表在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文第一作者 Tiantian Li 表示：“它可以使得网络更强、更好、更便宜。这是光子学的关键点。”
现在，团队正在思考拓展这种材料的应用途径。Gu 表示：“我们正在寻找更多的基于类似结构的元件。”
关键字
参考资料
【1】
【2】Dun Mao, Thomas Kananen, Tiantian Li, Anishkumar Soman, Jeffrey Sinsky, Nicholas Petrone, James Hone, Po Dong, Tingyi Gu. Bandwidth Limitation of Directly Contacted Graphene–Silicon Optoelectronics. ACS Applied Electronic Materials, 2019; 1 (2): 172 DOI:
这位少年舍弃了美国给予的巨大诱惑，回到祖国，希望能够报效国家。少年强，则国强，我们都为这位少年感到骄傲
Laser‑Induced Graphene: En Route to Smart Sensing
Libei Huang, Jianjun Su, Yun Song, Ruquan Ye*
Nano‑Micro Lett.(2020)12:157
本文亮点
1. 总结了 激光诱导石墨烯 的制备和工程化策略。
2. 综述 基于LIG的传感器 ，重点介绍其设计原理和工作机制。
3. 讨论LIG传感器与信号传输的集成及其未来 智能化传感系统 的前景。
内容简介
香港城市大学化学系叶汝全教授团队 以设计原理和工作机制为核心，综述了LIG技术在传感器应用上的进展，论文第一作者为香港城市大学化学系博士研究生黄丽蓓。文章首先简要介绍了LIG和LIG复合物的制备原理，包括形貌和组分的调控，物理和化学特性的控制等。接着基于设计原理和工作机制(特异结合型和非特异结合型的化学传感器，基于压阻效应的机械传感器等)，对LIG传感器进行总结。最后，作者讨论了LIG的影响及其未来发展。
图文导读
I LIG的制备及其相关机械性能
聚酰亚胺膜等可被CO₂激光转化成石墨烯，无需掩膜板, 任何形状的LIG可通过计算机控制软件的控制进行制备。通过改变制备的气氛，前驱物，激光的参数包括激光扫描速度，工作模式，频率，每点脉冲数等，可对LIG的物理和化学特性进行调控。不仅是红外激光，可见光，紫外光等激光器也可成功制备LIG。红外激光制备LIG主要是源于光热效应，瞬间的高温可是前驱物的化学键断裂和重新组合，这个过程会伴随着气体的生成，这也是LIG高孔隙率的原因之一。
对于紫外光激光来说，LIG的转化主要是一种光化学反应，因为紫外光波长短，能量大，可直接使化学键断裂。而对于可见光激光，光热效应和光化学反应则可能同时存在。相比于丝网印刷，3D打印，光刻等，激光诱导制备石墨烯展现了它制备过程简单、低成本、高效、环保的独特优势。得益于前驱物(有机薄膜)的柔韧性以及LIG易于转移到兼具机械性能和延展性的衬底上的特点，LIG在传感器，特别是可穿戴器件上具有广泛的应用。
图1. (a)PI转化成LIG的示意图。(b)LIG的SEM，HRTEM图。比例尺为10 μm和5 nm。(c)在不同气氛下，LIG的接触角。(d)纤维状的LIG的SEM图。
图2. LIG及其复合材料的机械特性。(a)弯曲状态下的硼掺杂的LIG。(b)不同弯曲半径下硼掺杂的LIG电容的电容保持率。(c-d)LIG超级电容器在不同拉伸强度下的测试。(e)LIG与水泥复合。(f)基于LIG-水泥复合物的气体传感器。
II 基于LIG的化学传感器
化学传感器广泛应用于食品安全、水产养殖和饮用水中的污染物、有危险气体排放的工业周围的空气质量以及葡萄糖、乳酸和多巴胺等代谢物的检测。化学物质检测的工作机理通常依赖于由刺激物引起的电阻、电容和电荷转移电阻等电信号的变化。这种化学物质的检测可分为两大类，一类是基于化学物质与LIG表面的特异结合，另一类是基于非特异性结合。
特异性结合的化学传感器
特异性结合型化学传感器是通常是对LIG的表面进行修饰，如抗体、酶和适配体等。由于识别元件和目标化学物质之间的精确结合，此类传感器往往表现出非凡的传感选择性。当识别元件与目标化学物质结合后，电极表面的电容、界面传输电阻等信号将产生变化，与目标化学物质的浓度相关。通过检测相关电信号的变化，可以推导出对应化学物质的浓度。
图3. 基于LIG的特异结合型化学传感器的制作工艺及传感性能。利用化学物质与被修饰的LIG之间特异性结合机制，从小分子到生物分子甚至病原体，许多物质已经被成功地检测。
图4. 各种特异性结合的LIG化学传感器。(a)凝血酶传感器、(b)双酚a传感器和(c)酶类葡萄糖传感器示意图。(d)用于检测大肠杆菌O157:H7的基于AuNPs-LIG的传感器示意图。(e)大肠杆菌传感器的奈奎斯特图。(f)阻抗响应随浓度的校准曲线。
非特异性结合的化学传感器
非特异性结合化学传感器在化学传感器中也起着重要作用，相比特异性结合型传感器，非特异性结合传感器的成本通常较低。化学氧化还原反应和物理性质都是非特异结合型化学传感器的信息来源。
化学氧化还原反应
化学氧化还原反应通常用于检测溶质或者气体。检测可以是定性的，也可以是定量的。例如，不同分析物往往有不同的氧化还原电位，因而通过氧化还原电位的鉴定，有助于区分不同的分析物。同时，与氧化还原反应相关的电流密度与分析物的浓度正相关，通过标定特定电位下的电流密度，可以提供有关分析物浓度的信息。
图5. 基于化学氧化还原反应的葡萄糖传感器。(a)连续添加不同葡萄糖浓度的电流响应。(b)葡萄糖传感器的校准曲线。
物理特性
利用LIG与被测物相互作用时的电阻、被测物的热导、被测物溶液的电导率或阻抗等物理性质来探测相应的响应。例如，但溶液离子浓度增加，界面传输电阻将下降。通过构建离子浓度与界面传输电阻的关系，可以用以检测未知溶液的离子浓度。然而，由于其他离子亦能产生类似的效果，这一检测手段不适于对多组分溶液的浓度检测。
图6. 基于内在和外在物理特性的非特异性结合传感器。(a)基于电阻变化的氢气传感器。氢气作用于LIG(顶部)和氢气在LIG/Pd(底部)上催化反应的能带分析。(b)不同弯曲状态下的电阻响应与H₂浓度的关系。(c)基于热导的气体传感器对各种气体的响应。(d)弯曲曲率半径为7 mm的气体传感器对空气的响应幅度。插图显示了0和1000次弯曲循环后气体传感器对空气的响应。(e)硝酸盐传感器对硝酸盐浓度的响应。插图是传感器浸入溶液中的等效电路。(f)实际温度和测量温度的比较。
III LIG机械传感器
机械传感器广泛应用于人体精细运动检测、手语翻译和机器人抓手等领域。基于LIG的机械传感器通常是建立在压阻效应的基础上的，它可以检测由激励引起的形状变形引起的电阻变化。当LIG处于拉伸、弯曲、震动状态时，其电阻将产生变化。通过监测LIG的电阻，结合机器学习，可以判定器件所处的物理状态。同时，记录LIG电阻因心跳、脉搏、声带振动等引起的时间分辨变化，则可以用以检测心率、辨别声音。
图7. (a)3D打印PEEK齿轮转换成LIG的过程的示意图。(b)PEEK LIG 智能组件的双向弯曲和拉伸的工作机制。(c)传感器电阻随施加应变的变化。(d)弯曲响应时间和恢复时间。(e)齿轮磨损程度与电路电阻的关系。插图显示了智能齿轮的三种不同磨损程度：(I)未磨损(II)部分磨损(III)严重磨损。
通过按时间顺序记录压阻效应，基于LIG的机械传感器可用于实时检测各种信号，如心跳、动作和声音。
图8. 脑电图、心电图和肌电图测量。
IV 展望
自2014年LIG的发现以来，LIG合成技术的进步显著改善了石墨烯的性能，增加了应用的通用性。例如，激光的波长从红外延伸到可见光甚至紫外线，这使LIG结构的空间分辨率提高到 12 µm。LIG复合材料的制备策略，如原位改性和非原位改性，可以提高LIG的机械强度、导电性等物理性能，也可以通过加入功能材料来提高LIG的化学性能。LIG技术的低成本和合成的简单性促进了一系列LIG传感器的发展，使其成为工业生产的潜在候选技术之一。
随着传感机制的合理设计，从各种化学物质到声音、运动和温度，各种各样的刺激被成功检测。由于LIG的高比表面积和化学稳定性，这些传感器往往表现出高灵敏度和高稳定性。此外，LIG的高导电性使其成为将刺激信号转换为电信号的理想传感器。由聚合物制成的原始LIG通常是柔性的，其转移到其他基材(如弹性体或水泥)可以赋予其弹性或刚性，这使得LIG可用于不同的场景，如可穿戴电子设备和智能建筑等。LIG传感器的发展已经从单一的检测元件发展成为集成系统。通过将无线传输和微控制器模块与物联网集成起来，实现了对被测物的实时和连续检测。
作为一种可图形化和可打印的制造技术，基于LIG的传感器为开发集成化小型化器件开辟了一条新的途径。然而，LIG技术在实际应用中仍有一定的改进空间。例如，在某些情况下，LIG层与前驱体的结合强度不够。尽管可通过一些方式进行规避，如用粘性聚合物功能化或将LIG转移到弹性体上，但是化学品的消耗和额外的制造步骤对生产来说并不理想。有些LIG传感器没有进行体内或现场检测，这可能无法反映传感器在实际情况下的可行性、稳定性和耐用性。然而，这对于实际应用来说却是很重要的，因为来自环境的干扰和实验室条件的变化可能会影响传感器的灵敏度和可靠性。尽管如此，在全球范围内研究人员的共同努力下，LIG转变为各种传感器的多样性一直是令人满意的。随着未来的发展，LIG传感器将在广泛的应用中找到一片新天地。
作者简介
叶汝全
本文通讯作者
香港城市大学 助理教授
主要研究领域
激光诱导石墨烯技术在催化、水处理、能源转换、传感器等方向的应用；二氧化碳还原，水分解等催化反应的界面、催化剂的合理设计，提高能源利用效率。
主要研究成果
在Nat. Commun., Adv. Mater., ACS Nano, Acc. Chem. Res., Angew. Chem. Int. Ed.等高影响力学术期刊以第一作者或通讯作者发表论文20余篇，获授权国际专利、美国授权专利6项，曾获国家优秀自费留学生奖，香港工程师学会青年工程师/研究人员杰出论文奖。
撰稿：原文作者
长三角激光联盟陈长军 转载
想必许多父母都对天才儿童十分感兴趣吧，大家都希望自己的孩子能够比别人优秀。今天小编想给大家介绍一位天才少年，他在14岁时就被中科院招了进去，在破解了世界难题之后，他的名声也响彻了全世界，连美国都抛出了橄榄枝，不过最后他还是拒绝了美国的好意，决定回国报效祖国，那么让我们来了解一下这位爱国的天才少年吧。
这位天才少年的名字叫做曹原，许多网友应该都从报纸上看到过他的事迹。在2020年的五月，自然连续刊登了他的两篇论文。这两篇论文都是关于石墨烯研究的，在于石墨烯相关的论文研究里面，由于研究过于困难石墨烯的研究近年来已经被搁置。
可是，曹原在学习了石墨烯一些东西之后就立马产生了较大的兴趣，他开始沉醉于石墨烯的研究，并且在2020年的时候发表了两篇相关论文。论文一经发出便引起了许多学者的关注，大家都很好奇在这个十分深奥的领域，这位年轻的少年能够提出怎样的见解。令众多学者惊讶的是，曹原在其文章中的很多观点都突破了原先固有的观念，这些新的观点给石墨烯的研究造成了巨大冲击，也给诸多科学家带来了新的思维方式。在石墨烯研究的100年之后，谁也没有想到对石墨烯研究能够如此透彻的竟然是一位年轻的少年。
论文发表所带来的轰动也使得许多人都想去了解曹原是如何成长为一名天才少年的。毕竟能够在自然的报纸刊登出来的的论文都是水平很高的的，在当时可谓是黄金万两。
然而，除了在2020年连续发表两篇论文，曹原早在2018年的三月份就连续发表了两篇论文。当时的两篇论文由于内容太过震撼且而论文的观点呈现了重大的突破，因而自然在当时都来不及排版就将他的论文发表出来，当然，这两篇论文也引起了科学界的议论。正是这两篇论文的诞生，使得一个新的领域出现。超导体被发现之后关于石墨烯的相关研究已消沉许久，而这两篇的论文发表使得该领域有了新的突破，也给科学家们带来了新的思考。
九六年出生的曹原，来自四川成都，因为自己父母工作的关系，他跟随自己的父母来到深圳生活。在深圳的耀华实验学校学习的过程中，他得到了一些超前教育，而正是这些超前教育使他能够对自己感兴趣的领域了解得更加深入。学校和父母的支持，使得他能够学习自己感兴趣的东西。
他小小年纪就开始捣鼓电子器具，对这些电子器具做一些改变。他能获得后面的成功，其实有一半的功劳在于自己的父母，对于孩子的研究创新，父母都保持非常大力的支持，母亲甚至还拿出首饰给他去提炼研究，在学校和父母的帮助下，他以699分的高分在14岁的时候就进入了由中国科学技术大学开办的严济慈物理英才班。后来他还进入了麻省理工学院。再到后来他的两篇论文之后，麻省理工和美国都想留住这位天才年，但是这位少年舍弃了美国给予的巨大诱惑，回到祖国，希望能够报效国家。少年强，则国强，我们都为这位少年感到骄傲
氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。
主要有三种制备氧化石墨的方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是最常用的一种。
它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片，此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。
应用
作为石墨烯基材料一类重要的衍生物，尽管氧化过程破坏了石墨烯高度共轭结构，但是仍保持着特殊的表面性能与层状结构。含氧基团的引入不仅使得氧化石墨烯具有化学稳定性，而且为合成石墨烯基/氧化石墨烯基材料提供表面修饰活性位置和较大的比表面积。
氧化石墨烯作为合成石墨烯基复合材料的前驱物与支撑载体，易功能化与可控性高。在与金属，金属氧化物，高分子聚合物等材料复合过程中，可以提供大的比表面积有效分散附着材料，防止团聚。
氧化石墨烯也显示出自身优异的物理、化学、光学、电学性质，并且由于石墨烯片层骨架的基面和边缘上有多种含氧官能团共存的结构，使得氧化石墨烯可以通过调控所含含氧官能团的种类及数量，来调制其导电性和带隙．材料应用范围很广。
以上内容参考 百度百科-氧化石墨烯
Hummers法制备氧化石墨烯，各种试剂的作用都是怎样的更好的用于防腐涂料、防火涂料和导电涂料。鳞片石墨粉：天然晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。鳞片石墨广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料。如镁碳砖、坩埚等。军事工业火工材料安定剂、治炼工业脱硫增速剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业的催化剂等。鳞片石墨经过深入加工，又可以生产出石墨乳，用于润滑剂、脱模剂、拉丝剂、导电涂料等。
还可以生产膨胀石墨，用于柔性石墨制品原料，如柔性石墨密封件及柔性石墨复材料制品等。
鳞片石墨：300目，青岛大和石墨有限公司；NaNO3：分析纯，成都科龙化工试剂厂；浓H2SO4：98%(质量分数，下同)，四川西陇化工有限公司；KMnO4：分析纯，成都科龙化工试剂厂；H2O2：30%，成都科龙化工试剂厂；水合肼：分析纯，成都科龙化工试剂厂。
通过巧妙设计，浙江大学高分子系高超教授团队研发出一种新型石墨烯组装膜：它是目前导热率最高的宏观材料，同时具有超柔性，能被反复折叠6000次，承受弯曲十万次。这一进展解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题，有望广泛应用于高效热管理、新一代柔性电子器件及航空航天等领域。 高超教授 浙江大学高分子系纳米高分子课题组，由国家杰出青年基金获得者高超教授领衔，目前课题组共有教授1名、助理1名、博士后3名、博士生11名、硕士生5名、企业联合培养博士后1名。建有石墨烯、新能源材料、高分子化学3个实验室及1个“浙江大学-碳谷上希”联合研究中心。 团队长期致力于单层氧化石墨烯的规模化制备及其宏观组装研究，发现了氧化石墨烯的液晶性，发明了石墨烯纤维、石墨烯无纺布、石墨烯连续组装薄膜及最轻材料石墨烯气凝胶四种纯石墨烯宏观材料(简称F4)，开发了低成本高质量单层氧化石墨烯、多功能石墨烯复合纤维、石墨烯高效电热布、石墨烯超级电容器、石墨烯-铝离子电池、石墨烯纳滤膜等六大核心技术，这些成果产业化前景广阔，部分已实现生产和中试。 高超，1973年1月出生，土家族，浙江大学求是特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长。 1995年在湖南大学获得学士学位、1998年获硕士学位，2001年获上海交通大学博士学位。博士毕业后留上海交大任教，于2003年到2006年先后在英国Sussex大学和德国Bayreuth大学做访问学者和博士后研究。2008年被引进浙江大学，被评为教授、博士生导师。 共同主编Wiley出版的英文专著1本《Hyperbranched Polymers: Synthesis, Properties, and Applications》，为英文专著撰写6章，获中国发明专利授权23项。 担任国际期刊Colloid and Polymer Science地区主编。 曾入选或获得科技部“中青年科技创新领军人才计划”（2014）、国家杰出青年基金（2013）、浙江省“钱江人才计划”（2010）、上海市“浦江人才计划”（2007）、教育部“新世纪优秀人才计划”（2005）、第九届“霍英东基金”（2004）、上海市“青年科技启明星”（2003）等人才计划，获得浙江省青年科技奖（2013)、1项国家自然科学二等奖（排名第3）、1项上海市科学技术一等奖（排名第3）及全国优秀博士学位论文等奖励。 主要成果：(1)发现了氧化石墨烯液晶及二维胶粒的手性液晶相，提出并实现了连续石墨烯纤维； (2)实现了高性能石墨烯纤维超级电容器和石墨烯基纳滤膜； (3)采用非模板协同组装策略制备了超轻弹性气凝胶； (4)发明了绿色、超快、安全的铁基法，可大量制备单层氧化石墨烯，突破了自1958年以来的高污染、易爆炸、长时间的传统制备方法。 铁基法1小时内就可制备单层石墨烯。有望实现大规模工业应用 现在，成果里面又要加上这一心形的石墨烯组装膜。这一研究成果被Nature, Nature News, Scientific American等亮点评论，认为“实现了石墨烯在现实器件应用的关键一步”、“开辟了碳纤维制备的新途径”，被美、法、澳、中国等多个课题组跟进研究。 2017年4月，材料科学的世界旗舰级期刊《Advanced Materials》编辑部邀请浙江大学高新材料相关各研究组撰稿，以校庆专辑形式展示浙江大学在材料化学领域的研究成果，献礼浙江大学120周年校庆。 石墨烯纤维结入选Nature 2011 年度图片，为2005年以来唯一入选的中国科技成果。超轻气凝胶被Nature 两次高度评论。 获最轻固态材料吉尼斯世界纪录认证，授予世界创新论坛“金袋鼠”创新奖，入选两院院士评选2013年中国十大科技进展新闻。 用最新高导热超柔性石墨烯膜折叠的千纸鹤 彭蠡，高分子科学与工程学系博士，曾以科学论文《快速规模化绿色制备氧化石墨烯》获得“启真杯”浙江大学2016年度学生十大学术新成果奖项 近日，浙大新闻办，钱江晚报等媒体记者采访了浙江大学高分子系高超教授团队。面对记者，高超教授介绍，电子电器工作时会发热，需要高效热管理来保证其正常运行。新一代器件还要求可弯折性。因此，研究高导热高柔性材料至关重要。但现有宏观材料的高导热和高柔性是一对鱼和熊掌难以兼得的矛盾。 石墨烯的出现为解决这一矛盾提供了理论上的可能。它是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面单层二维大分子。原子质量轻、简单而又强力的键接结构赋予了它超高的导热性；同时，单原子层厚度又使得其具有较好的柔性。遗憾的是，目前已有的剥离型石墨烯片小、缺陷多，其组装而成的宏观材料导热率和柔性都欠佳，还比不上商业化的聚酰亚胺石墨化膜(GPI)。比如，我们手机里的散热膜，就是用GPI制成的。 发现石墨烯的诺奖得主安德烈·海姆，浙大名誉教授，石墨烯的发现就值一个诺贝尔奖，新型石墨烯组装膜未来上到航空航天，下到智能手机都可应用，其价值就更是大的不可估量了 在高超教授的办公室，记者见到了一片20厘米边长的石墨烯组装膜，看上去很像一片大大的即食海苔。高超介绍，这10微米厚的“海苔”，是由数千层单片石墨烯交叠而成的。实验测试表明，石墨烯膜可以耐受10万余次的弯曲，而不影响其导热导电性能，而且，在反复折叠6000次后仍没有断裂。此前性能最好的GPI最多只能反复折叠3次。同时这种石墨烯膜的导热率最高达到2053W/mK（瓦/米·度），接近理想单层石墨烯导热率的40%，创造了宏观材料导热率的新纪录。 图1. a) 市售智能手机背面；b) 手机处于待机状态；c) 用聚酰亚胺石墨化膜(GPI)作为手机散热膜；d) 同一部手机用新型石墨烯膜作为散热膜；e, f) 在(b), (c), (d) 三种状态下，手机的水平和垂直温度线的比较，表明石墨烯膜具有更好的散热降温效果。 柔软而高导热的性能，赋予我们无限的想象空间，比如，可折叠的手机、笔记本电脑，甚至卫星和航天器。课题组将这种石墨烯膜替代商用GPI膜，应用于手机散热膜上，发现手机CPU处的温度可以控制在33℃以下，相对商用GPI膜降低了6℃。如果把这层膜用到人造卫星上，就能很好地解决卫星的“向光背光”温差大的问题。 彭蠡说，电子元器件的散热是器件开发一项很重要的课题。它们“怕热”，是因为这些功率器件都有稳定工作的温度区间。随着温度的升高，器件工作的稳定性会下降，噪音升高，并且寿命降低。一般来说，温度提高8—10度，器件寿命会下降一半。据统计，电子产品失效的原因中，温度占比达到50%以上。 科学家是如何让石墨烯膜由“脆”变“柔”，并兼顾了良好的导热性能呢？高超说，团队提出了一种“大片微褶皱”的设计思路，在制备石墨烯膜的过程中引入了许多微小的褶皱，让石墨烯膜成为一种“能屈能伸”的材料。就像女孩们的百褶裙，裙摆可以展开很大。如此细小的褶皱怎么制造？高超团队想出了一种新颖的方法：将石墨烯膜高温加热，膜中的含氧官能团在高温下分解释放出气体，使石墨烯膜内部形成微气囊；再经过机械辊压成膜，微气囊的气体被排出，形成微褶皱。“就这么简单”，高超说。 图2. 石墨烯微褶皱的引入过程：高温加热还原形成微气囊，机械辊压形成微褶皱 论文截图，褶皱在折叠过程中极大增强了膜承受弯曲的能力 Advanced Science News评论认为，这项成果使得很多大面积多功能的二维材料能够应用到现实世界的柔性器件中，从航空航天到智能手机，不一而足。 Advanced Science News认为，这样的设计理念和实验策略能够拓展至其他二维纳米材料中。