自2014年发现以来，激光诱导石墨烯（Laser-induced graphene, LIG）技术在柔性石墨烯电子器件制造领域取得了重要突破。然而，LIG合成过程中的超快动力学导致其固有的非晶主导结构，进而导致导电性能较差，限制了其用于电子器件的性能。目前，传统方法对图案化石墨烯的拓扑结构缺陷修复存在技术难题。
为了解决这一问题，香港城市大学叶汝全教授团队采用快速焦耳热（flash Joule-heating, FJH）技术在原子水平上修复LIG中存在的缺陷，并同时保持其宏观和微观结构的完整性（F-LIG）。FJH利用高直流电脉冲实现快速电阻加热，相比传统热处理方法，FJH具有加热速度快和局域化的优势。而与用于LIG制备的激光脉冲相比，FJH的加热时间较长，通常为几十毫秒到几秒，有助于LIG内碳原子的重新排列，从而改善其有序性。相关工作以题为“Flash healing of laser-induced graphene”的论文发表在《Nature Communications》上。
F-LIG制备及FJH过程研究
F-LIG是通过在真空条件下，在LIG两端施加毫秒级高直流电压制备的。电流通过LIG产生瞬时热量，并产生明亮的闪光。由于高效的电能-热能转化，可以通过调节施加电压精确控制FJH过程。结果显示，随着电压升高，闪光强度逐渐增强，相应的加热温度可达到2000 ℃以上。与原始LIG相比，F-LIG的电阻显著降低，且随FJH电压增加呈现明显的下降趋势。为了深入研究FJH过程，记录了FJH过程中的瞬时电压（U）和电流（I），并计算了瞬时功率密度（PA）和瞬时能量密度（EA）。在150V和160V的电压下，电流曲线与电压曲线呈相似趋势。当电压增加到170V以上时，电流曲线出现突增过程，表明LIG电阻显著降低。电压为190 V时，瞬时功率密度达到约2100W cm-2，瞬时能量密度达到27.55J cm-2，表明在LIG图案内发生了迅速且显著的能量输入和热量生成。
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