覆盖飞秒激光诱导石墨烯的蜡烛烟灰纳米颗粒，实现多功能木屋目标

摘要：激光诱导石墨烯（LIG）是一种创新材料，因其具有高导电性和导热性，可用于建造智能木屋。然而，潜在的实际挑战，如火灾隐患、日常清洁和维护的复杂性，是这种应用的限制因素。本文，中南大学银恺教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Candle soot nanop

1成果简介

激光诱导石墨烯（LIG）是一种创新材料，因其具有高导电性和导热性，可用于建造智能木屋。然而，潜在的实际挑战，如火灾隐患、日常清洁和维护的复杂性，是这种应用的限制因素。本文，中南大学银恺教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Candle soot nanoparticles covered femtosecond laser-induced graphene toward multifunctional wooden houses”的论文，研究利用飞秒激光直写技术在阻燃软木上制造出飞秒激光诱导石墨烯（FLIG）。然后在FLIG表面涂覆多尺度蜡烛烟灰颗粒，使其具有炭黑（CB-FLIG）超疏水表面特性。

在此，我们展示了CB-FLIG作为多功能木屋中电子元件的原材料。CB-FLIG 表面的红外发射率高达97.2%，电热性能良好。因此，它可以在冬季用作电暖器，我们在样板房中将室温控制在舒适的 24.9 °C，电压为4V。此外，CB-FLIG的水接触角为151.2°，具有自清洁特性。最终，我们展示了 CB-FLIG 在智能家居组件领域的应用，如电线、电热器、防火和自清洁，在增加功能的同时减少了日常维护的需要。这项研究为智能木屋中的先进设备奠定了坚实的基础，并极大地推动了多功能互联木制住宅的发展。

2图文导读

图1.（a） CB-FLIG 的制备过程。（b）多功能木屋的建造：特性和应用。

图2. (a-b) 在不同电压下处理的 FLIG 和 CB-FLIG 图案的扫描电镜俯视图。(c) 在不同电压下处理的 CB-FLIG 图样的扫描电镜侧视图。(d) CB-FLIG 表面的 EDS 光谱和元素分布图。(e）软木、FLIG 和 CB-FLIG 表面的傅立叶变换红外光谱。(f) CB-FLIG 的轮廓投影仪图像、X 和 Y 截面轮廓。(g) CB-FLIG 的拉曼光谱。

图3. (a) 四种液体（水、咖啡、牛奶和豆浆）分别在软木、FRC 和 CB-FLIG 上的静态接触角图像。(b) 四种液体在软木塞、FRC 和 CB-FLIG 上的接触角比较。(c) 水滴在 CB-FLIG 上动态扩散的高速摄像图像。(d) 水滴在 CB-FLIG 表面上的滑动行为，倾斜角≈2.75°。(e) 水滴在 CB-FLIG 表面上的动态粘附行为。(f) 软木和 CB-FLIG 对颗粒状土壤的自洁性能检测。(g) 软木和 CB-FLIG 的燃烧行为。

图4. (a) 电加热实验装置示意图。(b) CB-FLIG 随着电压梯度变化的平均表面温度曲线。(c) b 图的放大透视图。(d) CB-FLIG 在不同电压下的平均表面温度曲线。(e) CB-FLIG 和最近报道的电加热器的温度-电压曲线。(g) 软木、FLIG 和 CB-FLIG 的辐射率。(h) 软木和 CB-FLIG 表面的热性能比较。(i) 在通电条件下，距离软木和 CB-FLIG 表面 0.1 毫米处的温度。(j) 软木和 CB-FLIG 表面热性能比较的 COMSOL 仿真。

图5. (a) 冰雪天气下的多功能木屋模型。(b) 使用 CB-FLIG 作为电路布线的一部分为灯泡和风扇供电。(c) 基于 CB-FLIG 的导体可以通过相互接触完成电路。(d-e) CB-FLIG 室内电加热器的实验测量装置和数据。(f) CB-FLIG 室内电加热器热性能的 COMSOL 仿真。(g) 自清洁前后 CB-FLIG 对电热性能的影响。(h) CB-FLIG 用作电热水壶加热线圈的加热环，可将室温下的水加热至 80.2 °C。

3小结

总之，利用飞秒激光直接写入技术在 FRC 上生成石墨烯，然后在其上涂覆蜡烛烟灰碳纳米颗粒，形成 CB-FLIG。这种复合材料具有适合电加热、超疏水性和阻燃性能。这种材料可应用于各种家用电子设备，与多功能木制房屋融为一体。在10V电压下，CB-FLIG的平均表面温度在1分钟内迅速升至约 262.2 ℃。此外，它还可在冬季用作电加热器，在一个小型模型住宅中，以 4 V 的输入电压将空气温度控制在舒适的 24.9 °C。CB-FLIG具有热效率高和反应迅速的特点，为多功能木制房屋的供暖提供了一种节能环保的方法。它还可以作为电路中的电导体，并具有自清洁特性。这项研究开发了实现多功能木制房屋的新材料，进一步推动了绿色智能家居的发展。

文献：