低成本环保型激光诱导石墨烯电热性能优化策略及其在柔性加热器中的应用

针对柔性电子器件中电加热器性能提升的难题，研究人员通过元素修饰策略，采用激光直写技术在NOMEX聚酰亚胺复合纸上制备掺杂改性的激光诱导石墨烯（LIG）。该研究通过涂覆可再生木质素磺酸钠实现原子掺杂，显著降低电阻，使加热器在5V低电压下达到160.2℃稳态温度，兼具快速响应和优异热稳定性，为高性能柔性加热器提供了绿色低成本解决方案。

　　

论文解读
在智能穿戴和柔性电子蓬勃发展的今天，电加热器作为核心功能元件，其性能直接决定了设备的使用体验。传统氧化铟锡（ITO）加热器虽广泛应用，却受限于稀有金属的高成本和刚性特质。碳纳米管、石墨烯等新材料虽展现出潜力，但普遍存在制备工艺复杂、能耗高等瓶颈。如何通过简单环保的方法提升加热材料的电热转换效率，成为学术界和产业界共同关注的焦点。

重庆师范大学的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，创新性地提出采用NOMEX聚酰亚胺复合纸为基底，通过激光直写技术一步法实现木质素磺酸钠掺杂的激光诱导石墨烯（LIG）制备。这种三层复合基底结合了聚酰亚胺薄膜的机械强度和芳纶纸的纤维结构优势，而木质素磺酸钠的引入则通过硫、氧等杂原子掺杂显著提升了材料导电性。研究显示，优化后的加热器在5V工作电压下稳态温度达160.2℃，升温响应时间仅14.1秒，且经过100次循环测试后性能衰减不足5%，远超同类材料表现。

关键技术方法包括：1）激光参数调控实现NOMEX基底石墨化与元素掺杂同步完成；2）通过羟基乙基纤维素调控木质素磺酸钠涂层浓度（0.5-2.5wt%）；3）采用红外热成像仪和电化学工作站表征电热性能；4）盐溶液浸泡实验验证环境稳定性。

实验结果
材料表征：SEM显示掺杂后LIG呈现多孔蜂窝结构，XPS证实硫元素成功掺入晶格（S2p峰位于164.1eV），拉曼光谱ID/IG值降低表明缺陷减少。
电热性能：在2.5wt%掺杂浓度和6W激光功率下，材料方阻降至35Ω/sq，较未掺杂样品降低72%。
环境适应性：85℃/85%RH老化测试表明，掺杂样品电阻变化率较原始LIG降低60%。

结论与意义
该研究开创性地将生物质衍生材料与激光加工技术结合，突破了LIG基加热器的性能瓶颈。相较于金属纳米线或MXene等材料，该方法成本降低80%以上，且全程无需有毒试剂。其核心创新在于：1）利用NOMEX纸的纤维结构增强激光能量吸收；2）通过木质素磺酸钠的绿色掺杂实现电阻精准调控；3）开发出可批量化生产的图案化加工工艺。这项技术为智能恒温服装、医疗热疗贴片等应用提供了新的材料解决方案，同时为生物质资源的高值化利用开辟了新途径。