[發明專利]一種基于飛秒激光制備石墨烯共形電源的方法及其應用

有效

• 申請號: 202010045428.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111151872B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 張永來;陳招弟;韓冬冬;孫洪波
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/0622
• 分類號: B23K26/0622;B23K26/082;B23K26/064;B23K26/046;B23K26/70
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種基于飛秒激光制備石墨烯共形電源的方法及其應用，屬于石墨烯器件技術領域，用飛秒激光直寫技術加工SU?8光刻膠使其具有三維微納結構，在得到的三維微納結構上旋涂石墨烯氧化物溶液，并進一步利用飛秒激光直寫技術加工處理后的三維結構，通過調控飛秒激光焦點的路徑，可以得到圖案化的還原石墨烯氧化物，其主要原理為，當激光焦點作用于石墨烯氧化物薄膜上時，能夠有效地移除石墨烯氧化物中存在的含氧官能團，使得石墨烯氧化物被還原并形成圖形，當基底為三維的非平面基底時，通過調控基底平臺的高度，使激光光斑逐層作用于三維的基底，最終實現石墨烯氧化物的三維還原和圖案化。

技術領域

本發明屬于石墨烯器件技術領域，具體涉及利用飛秒激光直寫技術對石墨烯氧化物進行三維還原和微圖案化并用其制備共形電源。

背景技術

石墨烯因其優異的性能(如:柔韌性、超導電性、透明性、機械、物理/化學穩定性)在柔性顯示、電子設備、透明導電電極、生物分子傳感等領域具有廣泛應用。傳統的石墨烯圖案化的方法如電子束光刻、納米壓印技術、離子束刻蝕、O₂等離子體蝕刻等只能實現一些簡單的圖案化；而能夠實現復雜圖案化的化學氣相沉積技術、分散黏附等方法不僅需要復雜的設備、高成本和化學試劑等，而且圖形的可編程能力較差；因此局部選擇性還原石墨烯氧化物成為一種實現石墨烯圖案化的新方法，但是人們目前采用的高溫還原、噴墨還原等方法存在分辨率低、處理速度慢等問題。此外，上述所有方法都無法實現石墨烯的三維還原和圖案化，極大地限制了石墨烯在三維電子器件互連和三維石墨烯片上器官等方面的應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是：利用飛秒激光制備石墨烯共形電源。用飛秒激光直寫技術加工SU-8光刻膠使其具有三維微納結構，在得到的三維微納結構上旋涂石墨烯氧化物溶液，并進一步利用飛秒激光直寫技術加工處理后的三維結構，通過調控飛秒激光焦點的路徑，可以得到圖案化的還原石墨烯氧化物，從而實現石墨烯共形電源的制備。其主要原理為，當激光焦點作用于石墨烯氧化物薄膜上時，能夠有效地移除石墨烯氧化物中存在的含氧官能團，使得石墨烯氧化物被還原并形成圖形，當基底為三維的非平面基底時，通過調控基底平臺的高度，使激光光斑逐層作用于三維的基底，最終實現石墨烯氧化物的三維還原和圖案化，從而得到石墨烯共形電源。

本發明通過如下技術方案實現：

一種基于飛秒激光制備石墨烯共形電源的方法，所述方法為飛秒激光直寫技術，首先利用飛秒激光直寫方法加工旋涂在玻璃片上的SU-8光刻膠制備三維納米結構，其次將石墨烯氧化物溶液旋涂到上步制備的三維納米結構上，最后再次利用飛秒激光直寫方法實現石墨烯氧化物的還原與圖案化，從而得到石墨烯共形電源。

一種基于飛秒激光制備石墨烯共形電源的方法，具體步驟如下：

(1)、三維納米結構的制備：首先，在玻璃片上旋涂SU-8光刻膠，轉速為500-3000r/s，旋涂時間為60s-180s；旋涂結束需要前烘，前烘溫度為60℃-90℃，前烘時間為60min-90min；然后利用飛秒激光振蕩器對其進行加工，利用數值孔徑為1.35的100倍的油浸物鏡將飛秒激光振蕩器(中心波長為780nm，脈沖持續時間為120fs)的脈沖聚焦到SU-8光刻膠上進行加工，并通過調控加工平臺的位置，實現振蕩器的脈沖在不同高度上聚焦，從而實現三維加工；加工結束后進行曝光，曝光時間為500μs-1000μs；曝光結束后后烘，后烘溫度為70℃-100℃，后烘時間為10min-30min；后烘結束后，用丙酮溶液對其進行顯影，顯影時間為30s-120s，至此，成功制備三維納米結構；

(2)、石墨烯氧化物溶液的旋涂：將石墨烯氧化物溶液旋涂到上述三維納米結構上，所采用的石墨烯氧化物溶液的濃度為2-10mg/ml，旋涂速度為500r/s-3000r/s，旋涂時間為60s-180s；旋涂結束后在空氣中晾干，晾干時間為6-8h；至此，成功制備石墨烯氧化物的三維納米結構；