嗖！激光刺青可以制造可食用和穿戴的電子產品

　　供圖：杰夫·菲特洛/萊斯大學

      一臺計算機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，科學家們希望利用這項技術將電子傳感器安裝在日常用品上。

　　現在，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養成分，或者展示食物生產的地點和時間，甚至展示食物的生產過程，這正是科學家們正在努力的方向。一個研究團隊通過使用特殊的激光，已經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(Rice University)的一名化學家，他的團隊使用激光將不同物體最外層的碳層轉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刺青技術，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。

　　化學家James Tour指出，他的研究團隊已經使用激光，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。

　　碳原子的排列方式使得石墨烯呈現黑色，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，已經算是材料的一部分了。

　　石墨烯具有蜂窩狀結構，并且排列成單原子厚度的薄片。當激光通過一些材料的表面時，其強大的能量將這些碳原子鎖定在材料表面，將它們轉化為石墨烯。有時候，激光反而會撞擊碳原子，產生無穩定結構的泡沫，當這種情況發生時，研究人員會再次將激光通過物體表面，第二遍聚焦激光使碳泡沫轉化為石墨烯，科學家將這種處理方式稱為激光誘導石墨烯(laser-induced graphene)或LIG。

　　科學家們已經利用LIG方法研究了很長時間，Chyan說：“我們知道它在許多應用領域中非常有用，包括傳感、水分解、制造特殊涂層和電池”，但他也補充道，之前只是在一種被稱為聚酰亞胺的材料上進行LIG研究，該材料是一種塑料，萊斯大學團隊不希望止步于此。Chyan解釋說：“我們希望能夠將LIG技術應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，他們發現激光在木質素含量高的材料上，作用效果特別好，這種富含碳的物質存在于許多植物中。例如，在軟木、椰子和土豆皮上的刺青效果非常好。Chyan的團隊于2月13日在《ACS Nano》期刊上描述了這些發現。、

　　石墨烯在電子器件上的應用

　　石墨烯不僅非常堅固，而且有良好的導熱、導電性，這就是為什么科學家對使用LIG技術，制造電子產品特別感興趣。Chyan說：“例如，你可以把LIG技術應用在布上，制作可穿戴的電子產品。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是萊斯大學的化學家，也是這項新研究的合著者。他希望在食物上看到電子傳感器。制造商已經將小型計算機芯片安裝在許多物品上。一種稱為射頻識別(RFID)標簽的芯片，可以存儲多種類型的信息，人們可以通過使用小型設備掃描標簽，來檢索存儲的信息。現在時不時展望一下，有一天，每一樣食物都會有一個微小的RFID標簽，告訴你有關它的生產地、可以儲存的期限、它的生產國和城市，以及到達餐桌的路徑。

　　LIG標簽甚至可以幫助檢測危險細菌的存在。如何檢測?也許，Tour暢想道：“它們可以發亮并給你一些你不想吃這些食物的信號。”

　　Jian Lin是哥倫比亞密蘇里大學(University of Missouri)的一名機械工程師，曾與Tour合作過，Lin對LIG的應用前景持樂觀的態度，他說這項新研究描繪了“令人十分興奮的工作”。萊斯大學團隊的改進主要表明“任何具有適當碳含量的東西都可以變成石墨烯”。

　　Lin自己的團隊正在探索如何在機器人技術中使用LIG，他說，他們正在測試將該技術用于能量存儲、生物傳感器和軟件機器人。最新的應用需要用到柔軟且可彎曲的材料。

　　Chyan也在研究LIG在機器人方面的應用。他想讓機器人擁有“觸覺”傳感器，以幫助它們回應觸摸物體時的感受。例如，在機器人的手套中，LIG可以發出信號表示握東西時需要多緊才能使其不會掉下來，但也不會被壓扁。