武漢理工大學《Nano Res.》：低方阻激光分步誘導石墨烯實現電磁屏蔽調控

【導讀】激光誘導石墨烯（LIG）技術可實現石墨烯的一步法圖案化制備，已廣泛應用于構建石墨柔性電子器件。然而，激光高能脈沖會讓石墨烯產生大量結構缺陷，將會直接拉低電學性能，阻礙其在高性能電子和電磁設備中大展拳腳。傳統的高溫退火、化學還原等修復方法，要么會破壞脆弱的聚合物基底，要么會增加復雜工藝，反而弄丟了LIG“常溫常壓下就能制備”的核心優勢。針對此問題，武漢理工大學何大平教授課題組帶來了新解決方案：他們提出一種“激光分步誘導石墨烯（LSIG）”策略，用“聚焦+離焦”激光的組合拳，既修復了石墨烯缺陷，又保住了制備便捷性，還讓基于它的電磁屏蔽器件實現了“從無到有”的性能飛躍。

激光分步誘導石墨烯（LSIG）策略的設計基于團隊發現的聚焦與離焦激光脈沖照射后石墨烯在形貌和電學性能上表現出的顯著差異。最初施加的聚焦激光照射會導致縱向熱量在基底中滲透與擴散，從而促使PI分子轉化為石墨烯，但同時產生大量缺陷；隨后施加的離焦激光照射則能有效修復缺陷并促進晶粒生長。LIG的方阻由25.3 Ω sq?1降至15.0 Ω sq?1，拉曼光譜結果證實了結晶度的提升：ID/IG從0.94降低至0.81，2D半峰寬從158.31 cm–1縮小至100.15 cm–1。

為了展示LIG在電磁應用中的潛力及其方阻降低的重要性，團隊構建了一種由16 × 16個LIG方環單元組成的柔性頻率選擇表面（FSS）。LIG方阻降低后，該FSS頻率選擇電磁屏蔽性能發生“從無至有”的轉變，在2~20 GHz波段的有效屏蔽帶寬為4.92 GHz，諧振頻點處透射系數為0.057。此外，其紅外隱身性能進一步證明了其作為集成系統中多功能表面的可行性。并且，服役性能測試證明其具有良好的化學穩定性與力學拉伸循環穩定性。

本研究通過創新的激光分步工藝，為LIG性能優化提供了“低成本、易操作”的新路徑，不僅突破了傳統后處理技術的局限，更讓LIG在電磁屏蔽、紅外隱身等多功能器件中實現實用化突破。未來，該策略有望進一步推廣至電子、新能源等領域的功能薄膜制備，為航空航天、3C電子等場景的高性能材料應用提供技術支撐。

該成果以“Laser-stepwise-induced graphene with reduced sheet resistance enables electromagnetic shielding manipulation”為題發表在《Nano Research》，陳鵬飛為第一作者，武漢理工大學傅華強教授和何大平教授為論文共同通訊作者。

論文連接：

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94908018

圖1 實驗設計：（a）聚焦與離焦激光照射的差異；（b）LSIG策略示意圖

圖2 LSIG形貌與缺陷結構表征：（a）LIG與LSIG方阻與激光功率的關系；（b）LSIG的SEM圖；（c）前驅體表面溫度分布；（d）LIG與LSIG的拉曼光譜；（e）D峰與G峰強度比（ID/IG）及對應的晶粒尺寸（La）；（f）2D峰與G峰強度比（I2D/IG）及2D FWHM；（g）C 1s譜；（h）LIG與LSIG的鍵含量

圖3 LSIG-FSS性能測試：（a-c）LIG技術優勢示意圖；（d-e）電磁試環境；（f-h）不同入射角下FSS透射系數是我仿真與實測對比

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝作者團隊支持