激光還原氧化石墨烯制備薄膜柔性電子器件
發(fā)布時間：2021-08-06 21:06
近年來,石墨烯因具有良好的柔韌性、透明度、導電性、機械強度等優(yōu)點,已經(jīng)逐漸成為制備柔性電子器件的重要材料。激光加工技術(shù)由于具有加工精度高、可編程、靈活直寫等特點,已經(jīng)在制備石墨烯薄膜柔性電子器件領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。為此,概述了激光還原氧化石墨烯的基本原理和激光調(diào)控還原氧化石墨烯的性質(zhì)如氧含量、導電性、圖案化、結(jié)構(gòu)化及雜原子摻雜等方面的研究進展,介紹了典型的由激光還原氧化石墨烯薄膜制備的柔性電子器件,包括傳感器、超級電容器、發(fā)電機等,提出了目前利用激光還原氧化石墨烯薄膜制備柔性電子器件的局限性,并對其未來發(fā)展進行了展望。
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：15 頁
【部分圖文】：
激光用于石墨烯微結(jié)構(gòu)化。（a）激光雙光束干涉技術(shù)用于制備具備微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的示意圖；（b）具有一維光柵狀結(jié)構(gòu)和（c）具有二維光柵狀結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的光學顯微鏡照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一維和二維光柵狀結(jié)構(gòu)的LRGO薄膜上；（f）具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)色[76]
圖4 激光用于石墨烯微結(jié)構(gòu)化。（a）激光雙光束干涉技術(shù)用于制備具備微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的示意圖；（b）具有一維光柵狀結(jié)構(gòu)和（c）具有二維光柵狀結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的光學顯微鏡照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一維和二維光柵狀結(jié)構(gòu)的LRGO薄膜上；（f）具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)色[76]3 典型柔性電子器件
圖1為GO與LRGO的簡化原子結(jié)構(gòu)示意圖，激光還原可以去除GO表面大部分的OCGs[69]。根據(jù)Smirnov等[70]報道的閾值參數(shù)，超過3.2eV（λ<390nm）的光子能通過光化學過程引起脫氧反應，而小于該閾值的光子能量可以觸發(fā)光熱還原，因此根據(jù)GO吸收的光子能量，GO的光還原可分為光化學還原和光熱還原兩種，這主要取決于激光的波長。2010年，波長為663 nm、最大輸出功率為80mW的連續(xù)波二極管激光器被應用到加工石英襯底上的GO薄膜，當聚焦激光束入射到多層GO膜上時，輻照區(qū)吸收了激光能量，能量迅速轉(zhuǎn)化為局部熱，急劇的加熱使輻照區(qū)域的溫度升高到空氣中的500℃以上，導致GO局部還原并釋放出CO2或CO等氣體[71]。除了光熱還原之外，光化學還原也被證明存在于激光還原GO的過程中。Zhang等[72]利用具有超短脈沖的飛秒激光在GO薄膜上制備石墨烯微電路，激光處理過的區(qū)域由于GO的質(zhì)量損失和碳原子重排導致薄膜凹陷。除此之外，半導體激光器[73]、近紅外激光器[74]、Ti…藍寶石振蕩器[69]、LightScribe CD/DVD光驅(qū)[75]、脈沖KrF準分子激光器[66]、三倍頻調(diào)Q單模Nd…YAG激光器[76]等各類激光器都被用于還原GO。2.2 激光調(diào)控氧化石墨烯氧含量
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Optical anisotropy of black phosphorus by total internal reflection[J]. Wei Xin,Hao Bo Jiang,Teng Qian Sun,Xiao Guang Gao,Shao Nan Chen,Bo Zhao,Jian Jun Yang,Zhi Bo Liu,Jian Guo Tian,Chun Lei Guo. Nano Materials Science. 2019(04)
[2]基于石墨烯的光纖功能化傳感器件和激光器件[J]. 譚騰,袁中野,陳遠富,姚佰承. 激光與光電子學進展. 2019(17)
[3]基于還原氧化石墨烯的干涉型光纖濕度傳感器[J]. 柯偉銘,李振華,周智翔,林艷梅,肖毅. 光學學報. 2019(12)
[4]飛秒激光加工超硬材料的研究進展[J]. 魏超,馬玉平,韓源,張遙,陳雪輝. 激光與光電子學進展. 2019(19)
[5]低維黑磷制備及其在太陽電池中的應用研究進展[J]. 余夏輝,杜凱翔,楊培志. 激光與光電子學進展. 2019(14)
[6]光學薄膜塔姆態(tài)誘導石墨烯近紅外光吸收增強[J]. 黎志文,陸華,李揚武,焦晗,趙建林. 光學學報. 2019(01)
[7]基于多層石墨烯材料的光纖聲波傳感器[J]. 李晨,陸雪琪,庾財斌,吳繁,吳宇. 光學學報. 2018(03)
本文編號：3326490
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：15 頁
【部分圖文】：
激光用于石墨烯微結(jié)構(gòu)化。（a）激光雙光束干涉技術(shù)用于制備具備微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的示意圖；（b）具有一維光柵狀結(jié)構(gòu)和（c）具有二維光柵狀結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的光學顯微鏡照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一維和二維光柵狀結(jié)構(gòu)的LRGO薄膜上；（f）具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)色[76]
圖4 激光用于石墨烯微結(jié)構(gòu)化。（a）激光雙光束干涉技術(shù)用于制備具備微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的示意圖；（b）具有一維光柵狀結(jié)構(gòu)和（c）具有二維光柵狀結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的光學顯微鏡照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一維和二維光柵狀結(jié)構(gòu)的LRGO薄膜上；（f）具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)色[76]3 典型柔性電子器件
圖1為GO與LRGO的簡化原子結(jié)構(gòu)示意圖，激光還原可以去除GO表面大部分的OCGs[69]。根據(jù)Smirnov等[70]報道的閾值參數(shù)，超過3.2eV（λ<390nm）的光子能通過光化學過程引起脫氧反應，而小于該閾值的光子能量可以觸發(fā)光熱還原，因此根據(jù)GO吸收的光子能量，GO的光還原可分為光化學還原和光熱還原兩種，這主要取決于激光的波長。2010年，波長為663 nm、最大輸出功率為80mW的連續(xù)波二極管激光器被應用到加工石英襯底上的GO薄膜，當聚焦激光束入射到多層GO膜上時，輻照區(qū)吸收了激光能量，能量迅速轉(zhuǎn)化為局部熱，急劇的加熱使輻照區(qū)域的溫度升高到空氣中的500℃以上，導致GO局部還原并釋放出CO2或CO等氣體[71]。除了光熱還原之外，光化學還原也被證明存在于激光還原GO的過程中。Zhang等[72]利用具有超短脈沖的飛秒激光在GO薄膜上制備石墨烯微電路，激光處理過的區(qū)域由于GO的質(zhì)量損失和碳原子重排導致薄膜凹陷。除此之外，半導體激光器[73]、近紅外激光器[74]、Ti…藍寶石振蕩器[69]、LightScribe CD/DVD光驅(qū)[75]、脈沖KrF準分子激光器[66]、三倍頻調(diào)Q單模Nd…YAG激光器[76]等各類激光器都被用于還原GO。2.2 激光調(diào)控氧化石墨烯氧含量
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Optical anisotropy of black phosphorus by total internal reflection[J]. Wei Xin,Hao Bo Jiang,Teng Qian Sun,Xiao Guang Gao,Shao Nan Chen,Bo Zhao,Jian Jun Yang,Zhi Bo Liu,Jian Guo Tian,Chun Lei Guo. Nano Materials Science. 2019(04)
[2]基于石墨烯的光纖功能化傳感器件和激光器件[J]. 譚騰,袁中野,陳遠富,姚佰承. 激光與光電子學進展. 2019(17)
[3]基于還原氧化石墨烯的干涉型光纖濕度傳感器[J]. 柯偉銘,李振華,周智翔,林艷梅,肖毅. 光學學報. 2019(12)
[4]飛秒激光加工超硬材料的研究進展[J]. 魏超,馬玉平,韓源,張遙,陳雪輝. 激光與光電子學進展. 2019(19)
[5]低維黑磷制備及其在太陽電池中的應用研究進展[J]. 余夏輝,杜凱翔,楊培志. 激光與光電子學進展. 2019(14)
[6]光學薄膜塔姆態(tài)誘導石墨烯近紅外光吸收增強[J]. 黎志文,陸華,李揚武,焦晗,趙建林. 光學學報. 2019(01)
[7]基于多層石墨烯材料的光纖聲波傳感器[J]. 李晨,陸雪琪,庾財斌,吳繁,吳宇. 光學學報. 2018(03)
本文編號：3326490
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