伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员已经开发出一种将二维石墨烯片加工成3D形状的新方法，为未来的石墨烯-MEMS混合器件和柔性电子产品集成系统铺平了道路。

伊利诺伊州机械科学与工程学院的助理教授SungWoo Nam解释说：“据我们所知，这项研究首次将石墨烯整合成各种不同的微观几何形状，包括金字塔，柱子，圆顶，倒金字塔，和金纳米粒子（纳米金）/石墨烯混合结构的三维集成。我们结构的灵活性和三维特性使其成为灵敏的生物传感器件，这符合人类皮肤和其它生物系统的形状和特性。这种3D凸出的微结构也使感器和非平坦表面之间的有效接触面最大化，从而增强灵敏度。

“我们也希望我们的新3D集成方法可以有促进高级微机电系统（MEMS）和二维材料混合型设备在传感和驱动方面的应用。”

石墨烯是sp2键合的碳原子的一种两维蜂窝状晶格，由于其高载流子迁移率，化学惰性，以及生物相容性已被广泛研究，。迄今为止，报导的很多石墨烯转移的方法都局限于平面或曲线表面，曲线表面是在转移到3D微结构表面时局部应力产生的碎裂造成的。

Nam研究组的研究生，发表在纳米快报上的文章"石墨烯的三维一体化，通过膨胀，收缩和适应"的第一作者Jonghyun Choi说："我们的方法使用湿－传递和适合的基底－工程，相对于其他的3D石墨烯制备／整合方法具有很多关键的优势。我们的结果给出一种简单、灵活、可拓展的方法，可以制备不能形貌和维度的3维石墨烯。这种3维结构不仅比先前报导的更大，而且整合石墨烯环绕在3维部件周围，可以具有均一、无破坏的特点。

研究者这种将石墨烯整合到3维微结构表面的方法，可以保持石墨烯结构的完整，3维部件的面外维度在3.5到50 μm之间。这个过程包括3个连续的步骤：1）利用溶剂使基底膨胀2）在蒸发过程中收缩3）石墨烯在特定形状的基底上适应和铺展，得到一个没有破坏的，大面积的石墨烯在3D微结构上的整合。

Nam补充说："我们通过优化膨胀、收缩和适应步骤来减少石墨烯在3D维结构周围的悬浮，促进3维结构的成功整合。我门通过调整基底在有机溶剂中浸泡的时间和聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底的单体和固化剂的混合比，来控制基底的膨胀。"

详细的扫描电子显微镜，原子力显微镜，拉曼光谱和电阻测试研究表明，基底的膨胀量和传递膜的弯曲强度都会影响整合石墨烯的产量和质量。为了说明他们方法的多面性，研究者将该方法应用到不同几何形状的3D微结构中，以及在石墨烯表面再修饰上金纳米颗粒，证明了该方法对其他的杂化纳米材料也具有相容性。

除了Nam和Choi该文章的共同作者还包括伊利诺伊大学机械科学与工程学院的Hoe Joon Kim、 Michael Cai Wang、 Juyoung Leem和William P. King。

这项工作是由航空航天研究开发纳米生物信息技术（NBIT）第三阶段计划的空军办公室科科学研究所/亚洲办事处，美国化学学会石油研究基金，韩国-美国科学家和工程师协会以及国家科学基金赞助支持。实验是在弗雷德里克·塞茨材料研究实验室和微纳米技术实验室和伊利诺伊贝克曼研究所影像技术研究组内进行的。

 

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶     校正：摩天轮