[發(fā)明專利]一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置

有效

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• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106927452B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 吳德志;鄧磊;孫瑜;朱宇超;羅毅輝;趙揚;王凌云;林立偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;C01B32/184;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置，涉及石墨烯。設有電紡直寫前驅體平臺、激光誘導石墨烯化平臺和接收沉積石墨烯平臺；所述電紡直寫前驅體平臺設有注射泵、注射器、直流電源；激光誘導石墨烯化平臺設有CO₂激光器和惰性氣體保護系統(tǒng)；接收沉積石墨烯平臺設有收集板和二維運動平臺；所述注射器與注射泵連接，直流電源為注射器供電，CO₂激光器的光束聚焦在注射器的泰勒錐射流出口上，收集板設在二維運動平臺上并位于注射器的泰勒錐射流出口下方，惰性氣體保護系統(tǒng)為接收沉積石墨烯平臺提供惰性氣體保護。具有可連續(xù)制造、成本低、環(huán)境及設備要求低等優(yōu)勢。

技術領域

本發(fā)明涉及石墨烯，尤其是涉及一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置。

背景技術

自2004年石墨烯(graphene)這一材料被發(fā)現(xiàn)以來,有關研究和新聞就未曾間斷。石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種炭質新材料,這種石墨烯晶體薄膜的厚度只有0.335nm,僅為頭發(fā)直徑的20萬分之一,是目前已知世界上強度最高的材料,具有熱、力、電等優(yōu)異的性能。石墨烯的制備大體可分為物理方法(液相剝離法、機械剝離法)和化學方法(CVD、SiC外延生長等)。其中化學方法研究得較早,主要是以苯環(huán)或其他芳香體系為核,通過偶聯(lián)反應使苯環(huán)上6個碳均被取代,然后相鄰取代基之間脫氫形成新的芳香環(huán),如此進行多步反應使芳香體系變大,但該方法工藝復雜，制造成本較高；物理方法主要以石墨為原料來合成,不僅原料便宜易得,而且可得到較大平面結構的石墨烯,但是成型的石墨烯品質較低。化學方法如化學氣相沉積是反應物質在高溫、氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應,生成的固態(tài)物質沉積在加熱的固態(tài)基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。Dato等(Dato A,RadmilovicV,Lee Z,et al.Substrate-free gas-phase synthesis ofgraphene sheets.Nano letters,2008,8(7):2012-2016.)報道了一種新型等離子體增強化學氣相沉積法,乙醇液滴作為碳源,利用Ar等離子體合成石墨烯,極大地縮短了反應時間，但是CVD生長需要高溫真空環(huán)境，對于制造成本要求較高。Coleman等(Hernandez Y,Nicolosi V,Lotya M,et al.High-yield production of graphene by liquid-phaseexfoliation of graphite.Nature nanotechnology,2008,3(9):563-568.)報道的液相剝離法以石墨為原料,將其分散在有機溶劑中,當溶劑的表面能與石墨烯相當時,在超聲的作用下，利用流體的剪切力逐層平衡剝離石墨所需的能量,最終得到石墨烯。雖然該方法能得到單層或者多層的石墨烯,但合成產(chǎn)率不高。王士虎等(Wang S.The fast fabrication offlexible electronic devices of graphene composites.[J].Nanotechnology,2016,27(31):31LT01.)基于韋森堡效應一步式制備圖案化的石墨烯，但獲得石墨烯含量較低，而且和其他聚合物混合一體。石墨烯制造的研究雖已取得初步成效,但石墨烯的連續(xù)圖案化制造仍需進一步研究，實現(xiàn)工藝簡單低成本和環(huán)境要求制造，成為亟待解決的技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的石墨烯制造成本高、工藝復雜等缺陷，提供一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置。

本發(fā)明設有電紡直寫前驅體平臺、激光誘導石墨烯化平臺和接收沉積石墨烯平臺；所述電紡直寫前驅體平臺設有注射泵、注射器、直流電源；激光誘導石墨烯化平臺設有CO₂激光器和惰性氣體保護系統(tǒng)；接收沉積石墨烯平臺設有收集板和二維運動平臺；所述注射器與注射泵連接，直流電源為注射器供電，CO₂激光器的光束聚焦在注射器的泰勒錐射流出口上，收集板設在二維運動平臺上并位于注射器的泰勒錐射流出口下方，惰性氣體保護系統(tǒng)為接收沉積石墨烯平臺提供惰性氣體保護。

所述注射泵可采用精密注射泵。