智能蜂窩正成為下一代裝置和設備的新型結構策略。遺憾的是，傳統的表面涂層、結構浸漬和 3D 打印方法在兼顧結構定制和性能多功能性方面仍面臨巨大挑戰。在此，作者開發了一種全新的加工策略，通過激光誘導石墨烯（LIG）層與交替插入的粘合劑的堆疊和部署來構建基于石墨烯的智能蜂窩。通過調整關鍵參數，可以組裝出各種具有可擴展尺寸和厚度、可變單元大小和形狀以及可圖案化石墨烯簇的 LIG-enabled smart honeycombs (LIG-HC)。通過進一步了解與工藝相關的結構穩定性和導電性，系統地探索了多功能特性，包括各向異性的機械、電氣、壓阻和電磁性能。最后，為了展示獨特的蜂窩多功能在航空領域的應用，我們構建了一個具有代表性的智能 LIG-HC 飛機機翼模型，該模型可用于防冰/除冰、高溫預警、阻燃、壓力和振動監測，以及電磁屏蔽和隱身。
Fig 1. a) 制造過程示意圖。b) 不同加工階段的照片。LIG-HC 展示了 c) 大面積、d) 不同厚度、e) 不同單元大小、f) 可控單元形狀、g) 選擇性石墨烯簇、h) 夾層結構、i) 大變形容差、j) 超低密度和 k) 承重性能。
Fig 2. a) LIG 層的掃描電鏡（上）和透射電子顯微鏡（TEM）（下）圖像。 b) LIG 層和原始 PI 紙的拉曼（上）和 XRD（下）光譜。d) 在不同激光條件下加工的 LIG 層的電導率和拉伸強度。 e) LIG-HC 的各向異性方向示意圖和兩種典型的 LIG/TPU 層對。 f) LIG 層數與 LIG-HC 單元數量之間的關系。g) LIG-HC 的成型過程示意圖和 h) 拉伸 10 層 LIG-HC 預型件的展開過程示意圖。j) 各種類型的石墨烯簇和 k) LIG/PI 混合蜂窩的加工路線示例。
Fig 3. a) 在不同溫度下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的截面 SEM 圖像。 b) 剝離實驗的示意圖和照片。d) 在不同壓力下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的橫截面 SEM 圖像和 e) 斷裂能。 f) 在不同持續時間下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的橫截面 SEM 圖像和 g) 斷裂能。 h) 6 至 20 層不同試樣的斷裂能與熱壓持續時間之間的關系。
Fig 4. a) 單層 LIG 和 LIGHC 的密度比較。 b) LIG-HC 沿 L 方向和 W 方向的剪切強度和模量比較。c) LIG-HC 沿 L 方向、W 方向和 d) T 方向的抗壓強度比較。比較 LIG-HC 的各向異性 f) 電阻、導電率和 g) 測量因子（GF）。比較 LIG-HC 和夾層 HC 的 h）電磁波屏蔽總能效（SETotal）和 i）反射損耗（RL）。
Fig 5. 基于 LIG-HC 的智能飛機機翼模型的多功能性能。 a) 三個具有代表性的飛機機翼模型的應用概念和照片。b) 防冰和除冰、c) 高溫預警、d) 阻燃、e) 壓力檢測、f) 振動監測、g) 電磁干擾屏蔽和隱身的多功能性能。
相關研究工作由北京航空航天大學Sida Luo課題組于2024年在線發表在《Advanced Functional Materials》期刊上，Stackable and Deployable Laser-Induced Graphene Layers Toward the Flexible Manufacturing of Smart 3D Honeycombs with Multifunctional Performance，原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202316533
轉自《石墨烯研究》公眾號
