廣東工業(yè)大學陳新教授團隊采用激光在聚酰亞胺薄膜上加工出石墨烯及其圖案
廣東工業(yè)大學陳新教授團隊采用激光在聚酰亞胺薄膜上加工出石墨烯及其圖案
在過去的十年，石墨烯不論是在基礎理論研究還是實際應用中都展示出了非比尋常的價值。但是，盡管有大量的研究致力于探索低溫、無化學試劑制備高質(zhì)量石墨烯的方法，但是直接在基底上加工出石墨烯的經(jīng)濟可行地的途徑仍然亟待突破。
激光致石墨烯（Laser-induced graphene，LIG）是近年來發(fā)展的一種直接在富碳材料上加工石墨烯的新方法。該方法避免了使用昂貴的化學前驅(qū)體，可以快速地在目標基底上一次成型加工出石墨烯，極大地簡化了加工步驟、降低了加工成本，具有極大的發(fā)展前景。但是，其加工機理仍不夠清晰，且由于采用CO2激光器波長過長，嚴重制約了所加工的石墨烯質(zhì)量及所形成的圖案的加工精度。
廣東工業(yè)大學精密電子制造技術(shù)與裝備國家重點實驗室陳新教授團隊聯(lián)合香港中文大學汪正平院士/趙鈮教授團隊組建課題組，通過理論預測與實驗相結(jié)合，系統(tǒng)地研究了激光致石墨烯加工過程中的光與物質(zhì)之間的相互作用，采用短波長的皮秒紫外激光，成功地在工業(yè)上常見的聚酰亞胺薄膜上加工出高質(zhì)量的石墨烯及其圖案，極大地提高了石墨烯的質(zhì)量及圖案化精度。首先，課題組開發(fā)了激光致石墨烯的反應分子動力學模型，研究了激光致石墨烯的瞬態(tài)轉(zhuǎn)變過程，揭示了控制石墨烯轉(zhuǎn)變過程及其影響石墨烯質(zhì)量的相關規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：溫度及保溫時間是主導激光致石墨烯轉(zhuǎn)變過程的最關鍵因素；通過多次激光掃描可提高石墨烯的加工質(zhì)量，但是加熱和冷卻速率對石墨烯的質(zhì)量影響不大。基于理論預測，課題組開發(fā)了皮秒紫外激光加工裝備，在常溫、常壓、無惰性氣體保護的情況下，成功地在聚酰亞胺薄膜上加工出高質(zhì)量石墨烯。通過系統(tǒng)地研究激光加工參數(shù)對石墨烯質(zhì)量/層數(shù)的影響規(guī)律，優(yōu)化了相關工藝參數(shù)，獲得了高質(zhì)量激光致石墨烯及其圖案的系統(tǒng)解決方案。為了展示所加工的圖案化石墨烯應用前景，首次開發(fā)了基于圖案化激光致石墨烯的接近傳感器。所開發(fā)的接近傳感器響應/恢復時間僅為0.34秒和0.23秒，且經(jīng)過大曲率彎折、大量測試后，仍能保持高度不變性，表現(xiàn)出極高地穩(wěn)定性。與所報道的基于還原氧化石墨烯的接近傳感器相比，所開發(fā)的激光致石墨烯接近傳感器有更大的感應距離(50 mm)、更好的線性度(~0.99)和更高的靈敏度(0.2083 V/mm)。
本文中的理論模型和所開發(fā)的激光致石墨烯加工裝備與工藝，將為加工和研究高質(zhì)量圖案化石墨烯提供新途徑，也將為工業(yè)上批量生產(chǎn)各種石墨烯器件提供了一種經(jīng)濟可行的加工方法。研究成果發(fā)表在Wiley出版社旗下Small Methods上（DOI:10.1002/smtd.201900208）。廣東工業(yè)大學陳云副教授為論文第一作者。該工作得到了國家自然基金、香江學者計劃、廣東省自然基金/重大研究計劃、廣州科創(chuàng)委和香港研究計劃的支持。
本文出自東莞市捷誠石墨制品有限公司官網(wǎng)：http://www.www.gzmeilong.com 權(quán)威發(fā)布， 東莞市捷誠石墨制品有限公司是一家集銷售、應用開發(fā)，產(chǎn)品加工的石墨專業(yè)廠家，專門為模具行業(yè)、機械行業(yè)、真空熱處理爐、電子半導體及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)等提供石墨材料、石墨電極和相關的石墨制品，歡迎致電13549365158更多關于石墨制品方面信息，可回本網(wǎng)站產(chǎn)品頁面詳細了解點擊：石墨制品 石墨模具 石墨坩堝 石墨轉(zhuǎn)子 石墨軸承 石墨板 石墨棒 石墨匣體 石墨熱場 真空爐石墨制品 電子石墨模具