基于聚苯并恶嗪-环氧树脂涂层织物的形状记忆激光诱导石墨烯电极及其电化学传感器应用

本研究针对传统形状记忆聚合物(SMPs)依赖直接热刺激的局限，通过CO2 激光直写技术在BA-a/NGDE涂层织物上制备嵌入式激光诱导石墨烯(LIG)电极，实现了低电阻(~10–15 Ω/sq)的焦耳加热驱动形状记忆(Tavg ~130 °C)和电化学传感功能(ΔEp 88–200 mV)，并成功应用于多巴胺选择性检测(LOD 0.61 μM)，为智能可变形电极开发提供新策略。

　　

在智能材料领域，形状记忆聚合物(SMP)因其能响应外界刺激恢复原始形状的特性备受关注。然而传统SMP依赖直接加热的触发方式严重限制了其应用场景，而碳基材料虽能实现电热转换，但通常面临制备工艺复杂、成本高昂或易氧化等问题。与此同时，电化学传感器在健康监测领域需求激增，但现有电极往往缺乏形状可编程性，难以适应复杂使用环境。如何将SMP的形变能力与石墨烯的优异导电性、传感特性有机结合，成为突破该领域技术瓶颈的关键。

针对这一挑战，朱拉隆功大学的研究团队创新性地将聚苯并恶嗪-环氧树脂(BA-a/NGDE)体系与激光诱导石墨烯(LIG)技术相结合，在《Materials Research Bulletin》发表了具有里程碑意义的研究成果。研究人员通过在织物基底上涂覆不同比例的BA-a/NGDE混合物，利用CO₂
激光(10.6 μm)直写技术一步法构建嵌入式LIG图案，系统研究了材料组成、LIG导电性能与形状记忆效应的关联性，并成功开发出兼具形变能力和传感功能的智能电极。

关键技术方法
研究采用CO₂
激光直写技术在BA-a/NGDE涂层织物上制备LIG，通过四探针测试仪测量电阻率，差示扫描量热法(DSC)分析热性能，扫描电镜(SEM)表征微观形貌。电化学性能通过循环伏安法(CV)评估，采用分子印迹技术(MIP)修饰LIG电极实现多巴胺特异性检测，所有实验均在磷酸盐缓冲液(PBS)体系中进行。

研究结果

LIG形成与导电特性
SEM显示BA-a含量达70%时，织物纤维表面形成连续均匀的LIG层，保留部分纺织结构。BA-a/NGDE比例为60/40和70/30时，LIG表现出超低方块电阻(~10–15 Ω/sq)，这归因于BA-a芳香环结构在激光作用下更易石墨化。值得注意的是，BOZ70-LIG在20V电压下可实现平均130°C的焦耳加热温度，完全满足形状记忆触发需求。

形状记忆性能
通过设计U型弯曲变形实验，证实LIG-SMP复合材料在通电10秒内即可完成形状恢复。关键在于BA-a的酚羟基与NGDE环氧基团交联形成的网络结构，既作为形状记忆的固定相，又为LIG形成提供碳源。40mm长电极经历5次形变-恢复循环后，电阻仅增加8%，展现卓越的耐久性。

电化学传感应用
三电极系统的LIG在1 mM K₄
[Fe(CN)₆
]/0.1 M KCl体系中表现出可逆的氧化还原峰，ΔE_p
为88-200 mV，电子转移速率常数(k⁰
)达0.005 cm/s。即使经过L型变形处理，40mm电极仍保持92%的初始电流响应，突破传统电极刚性限制。

多巴胺选择性检测
通过电聚合将邻苯二胺与多巴胺共沉积于LIG表面，制备MIP修饰电极。该传感器对多巴胺的线性检测范围达1.0-15.0 μM，检测限(LOD)为0.61 μM，且能有效区分多巴胺与抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)等干扰物，选择性系数＞3.5。

结论与展望
该研究首次实现SMP基质上嵌入式LIG的一步法制备，解决了传统转移法导致的界面问题。所开发的LIG-SMP复合材料兼具优异的焦耳加热性能(15°C/s升温速率)和电化学活性，为智能可穿戴传感器、软体机器人等领域提供创新解决方案。特别值得注意的是，分子印迹技术与LIG的结合为开发高选择性生物传感器开辟新途径。未来通过优化激光参数和聚合物组成，有望进一步提升材料性能，推动其在医疗监测、环境检测等领域的实际应用。