压力驱动的激光诱导石墨烯：通过飞秒激光辐照实现瞬态压力增强的结构有序化

《Science China-Materials》：Pressure-driven laser induced graphene: transient pressure-enhanced structural ordering via femtosecond laser irradiation

　　

摘要

目前的激光诱导石墨烯（LIG）方法，包括光热法和光化学法，对于柔性电子器件具有很大的潜力，但仍存在一些明显的局限性。光热法往往产生的石墨烯在结构和功能上缺乏可控性，而光化学法则受限于较少的前驱体种类。为了解决这些问题，我们提出了一种压力驱动的LIG（P-LIG）方法，该方法利用激光产生的瞬态压力场作为额外的控制参数来提高石墨烯的质量。我们开发了一个集成框架，结合了超快泵浦-探测干涉成像技术、大规模分子动力学（MD）模拟和可解释人工智能（XAI），以研究这一方法。时间分辨测量结果显示，在飞秒激光照射聚酰亚胺薄膜的过程中确实产生了瞬态压力场，证实压力是该过程的一个固有特征。在受控压力条件下的MD模拟表明，压力促进了石墨烯层的成核和堆叠，从而形成了更加连续和平面的石墨结构。XAI分析定量地确定了压力的重要作用。这些结果证实，P-LIG方法引入的瞬态压力在促进更有序、连续和平面的石墨烯结构以及提高材料质量方面发挥了关键作用，超越了传统方法的效果。这为提升基于LIG的柔性电子器件的性能和可靠性提供了一条实用途径。

此图片的替代文本可能是由AI生成的。

目前的激光诱导石墨烯（LIG）方法，包括光热法和光化学法，对于柔性电子器件具有很大的潜力，但仍存在一些明显的局限性。光热法往往产生的石墨烯在结构和功能上缺乏可控性，而光化学法则受限于较少的前驱体种类。为了解决这些问题，我们提出了一种压力驱动的LIG（P-LIG）方法，该方法利用激光产生的瞬态压力场作为额外的控制参数来提高石墨烯的质量。我们开发了一个集成框架，结合了超快泵浦-探测干涉成像技术、大规模分子动力学（MD）模拟和可解释人工智能（XAI），以研究这一方法。时间分辨测量结果显示，在飞秒激光照射聚酰亚胺薄膜的过程中确实产生了瞬态压力场，证实压力是该过程的一个固有特征。在受控压力条件下的MD模拟表明，压力促进了石墨烯层的成核和堆叠，从而形成了更加连续和平面的石墨结构。XAI分析定量地确定了压力的重要作用。这些结果证实，P-LIG方法引入的瞬态压力在促进更有序、连续和平面的石墨烯结构以及提高材料质量方面发挥了关键作用，超越了传统方法的效果。这为提升基于LIG的柔性电子器件的性能和可靠性提供了了一条实用途径。

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