生态友好型木材电子产品，将有助于缓解先进的以纤维素为基础的“绿色电子产品”的缺点。在此，来自瑞士联邦理工学院的研究者介绍了铁催化激光诱导石墨化(IC-LIG)作为一种创新的方法，克服了传统激光诱导石墨化技术的局限性，包括高烧蚀、热损伤、需要多个激光步骤、使用阻燃剂和惰性气氛等，。相关论文以题为“Sustainable wood electronics by iron-catalyzed laser-induced graphitization for large-scale applications”发表在Nature Communications上。
利用环境友好型制造路线(“绿色电子”)，利用可再生和生物降解材料开发电子设备，是满足可持续社会需求的必要条件。可预见的物联网(IoT)方法，在智能建筑，甚至城市的实施，在可持续电子材料的规模和耐久性方面，带来了未被满足的挑战。目前，最先进的绿色电子产品，主要是由(纳米)纤维素基材料制成的相对较小的一次性设备。然而，将纤维素分离和重新组装成功能材料，所需的能量和化学物质的数量方面的许多要求很高的步骤，可能会对其可持续性提出挑战。使用木材作为电子设备的基底，可以从根本上解决这个问题。木材材料也特别适用于，不仅需要高机械强度和可扩展性的应用，例如结构健康监测(例如，在承重结构中安装应变传感器)，而且还需要有价值的美学和触觉(如触摸屏和光显示)。
木材是一种可再生和可生物降解的储存二氧化碳的自然资源，是一种优秀的建筑材料，具有高度赞赏的美学和触觉，重量轻，但具有高的机械强度。迄今为止，木材电子学的发展，一直受IM电竞 IM电竞app到木材结构复杂和缺乏固有导电性的限制。以前对导电木材材料的尝试，包括在表面涂上金属纳米线和碳基油墨，以及用低熔点金属等整体浸渍。在这些方法中，不考虑其有限的可持续性，木材被用作被动衬底。对于其他生物基质，在适当的条件下对木材进行石墨化，可以得到具有合理电学性能的石墨烯和类石墨材料(500 S m−1和1 kΩ ◻−1)。然而，这通常是以结构和机械完整性为代价的。找到一种方法，有选择地限制石墨化在木材表面，直到几微米，但保持整体完好，将为木材电子打开新的途径。
激光诱导石墨化(LIG)，已被用于将各种无机和有机前驱体转化为导电材料。石墨化过程，可以最好地描述为前驱体的光热和光化学转换，导致多孔碳质材料。LIG是一种具有高加工速度和灵活性的高成本效益的技术，可以将形状可控的石墨化图案的激光雕刻与激光切割相结合。生物材料激光诱导石墨化的首次尝试获得的产IM电竞 IM电竞app品具有合理的、但不完全充分的电气和结构性能，以满足大多数设想的应用，如大规模传感器和驱动器。
木材是一种具有挑战性的激光诱导石墨化材料。由于木材的导热系数较低(~0.2 W m-1 k-1)，其表面在体块达到分解温度之前就发生了显著的热降解，导致不对称收缩和机械应力产生裂纹。这个问题是经常遇到的高度局部热源应用时，如在激光诱导石墨化。然而，将木材转化为具有合理电气性能的类石墨材料，需要较高的温度(1200-3000°C)。为了降低热损伤和烧蚀率，激光可以在无氧气氛(Ar或H2)下进行。或者，木材表面可以被石墨化成一个致密的炭层，作为一个阻挡热量和质量传输的屏障，随后通过LIG使其导电。到目前为止，这种在环境大气中进行LIG的两步方法，只被报道用于浸渍阻燃剂(硼酸)的木材和纤维素基材料(纸和织物)。虽然采用了较慢的雕刻速度、较低的功率值和多次(多达5次)的激光步骤，但由此产生的LIG结构仍然是不均匀的，并显示出许多裂纹。人们提出了用飞秒激光，对原生木材进行光辅助石墨化以减少热损伤的建议，但只有在雕刻速度较低(从5-15mm s-1)时，才能获得满意的导电性，从而导致不成比例的加工时间。即使在这种条件下，基材烧蚀也只能降低到300-500 m左右，对薄(500-1500 m)装饰木单板造成过度损伤。
在这里，研究者展示了一种创新和方便的方法，在环境气氛下，使用传统的CO2激光源和高书写速度，用一个单一的激光步骤，在薄木单板表面雕刻高导电(≥20 Ω ◻−1和高达2500 S m−1)LIG图案。这种方法，铁催化激光诱导石墨化(IC-LIG)，利用了配方的铁单宁酸油墨的膨胀和热催化特性(图1a)。由于该方法，导电石墨样结构甚至可以雕刻在薄木单板(~ 0.4-1.5 mm)和纸基板上，而不受烧蚀和热损伤。这使得直接在木材上制造各种器件成为可能，包括第一个报道的用LIG电极制造的电致发光器件的例子(图1b)。与最近的LIG报告相比，研究者在不同的木材基材上获得了高达2500 S m-1的电导率值，比最高的文献值(400 S m-1)高出一个数量级，提高了雕刻速度(高达35倍的速度)，并由于使用中等功率的激光只进行一次激光加工而降低了能耗(图1c)。这些特点使IC-LIG成为一种高效的激光诱导石墨化方法。研究者使用先进的技术，包括4点探针测量、拉曼光谱、光学和电子显微镜以及广角X射线衍射，详细分析了所得到的LIG结构的相关电学、形貌和成分特征。此外，研究者首次证明了LIG-IM电竞 IM电竞app木材的电学性能的同质性，使用一种创新的涡流测量技术绘制了一个非常大的区域(100平方厘米)。为了展示IC-LIG在可持续大规模木材电子产品中的实用性，研究者开发了四个概念验证应用，分别是：适合于结构健康监测的高耐用应变传感器、用于运动跟踪的柔性电极、具有木材美学和触觉的人机界面(电容触摸面板)，以及第一个使用LIG作为电极材料的电致发光器件。IM电竞 IM电竞平台IM电竞 IM电竞平台IM电竞 IM电竞平台
