激光还原氧化石墨烯制备薄膜柔性电子器件
发布时间：2021-08-06 21:06
近年来,石墨烯因具有良好的柔韧性、透明度、导电性、机械强度等优点,已经逐渐成为制备柔性电子器件的重要材料。激光加工技术由于具有加工精度高、可编程、灵活直写等特点,已经在制备石墨烯薄膜柔性电子器件领域扮演着越来越重要的角色。为此,概述了激光还原氧化石墨烯的基本原理和激光调控还原氧化石墨烯的性质如氧含量、导电性、图案化、结构化及杂原子掺杂等方面的研究进展,介绍了典型的由激光还原氧化石墨烯薄膜制备的柔性电子器件,包括传感器、超级电容器、发电机等,提出了目前利用激光还原氧化石墨烯薄膜制备柔性电子器件的局限性,并对其未来发展进行了展望。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
激光用于石墨烯微结构化。（a）激光双光束干涉技术用于制备具备微纳结构的石墨烯薄膜的示意图；（b）具有一维光栅状结构和（c）具有二维光栅状结构的石墨烯薄膜的光学显微镜照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一维和二维光栅状结构的LRGO薄膜上；（f）具有微纳结构的石墨烯薄膜的结构色[76]
图4 激光用于石墨烯微结构化。（a）激光双光束干涉技术用于制备具备微纳结构的石墨烯薄膜的示意图；（b）具有一维光栅状结构和（c）具有二维光栅状结构的石墨烯薄膜的光学显微镜照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一维和二维光栅状结构的LRGO薄膜上；（f）具有微纳结构的石墨烯薄膜的结构色[76]3 典型柔性电子器件
图1为GO与LRGO的简化原子结构示意图，激光还原可以去除GO表面大部分的OCGs[69]。根据Smirnov等[70]报道的阈值参数，超过3.2eV（λ<390nm）的光子能通过光化学过程引起脱氧反应，而小于该阈值的光子能量可以触发光热还原，因此根据GO吸收的光子能量，GO的光还原可分为光化学还原和光热还原两种，这主要取决于激光的波长。2010年，波长为663 nm、最大输出功率为80mW的连续波二极管激光器被应用到加工石英衬底上的GO薄膜，当聚焦激光束入射到多层GO膜上时，辐照区吸收了激光能量，能量迅速转化为局部热，急剧的加热使辐照区域的温度升高到空气中的500℃以上，导致GO局部还原并释放出CO2或CO等气体[71]。除了光热还原之外，光化学还原也被证明存在于激光还原GO的过程中。Zhang等[72]利用具有超短脉冲的飞秒激光在GO薄膜上制备石墨烯微电路，激光处理过的区域由于GO的质量损失和碳原子重排导致薄膜凹陷。除此之外，半导体激光器[73]、近红外激光器[74]、Ti…蓝宝石振荡器[69]、LightScribe CD/DVD光驱[75]、脉冲KrF准分子激光器[66]、三倍频调Q单模Nd…YAG激光器[76]等各类激光器都被用于还原GO。2.2 激光调控氧化石墨烯氧含量
【参考文献】：
期刊论文
[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]基于石墨烯的光纤功能化传感器件和激光器件[J]. 谭腾,袁中野,陈远富,姚佰承. 激光与光电子学进展. 2019(17)
[3]基于还原氧化石墨烯的干涉型光纤湿度传感器[J]. 柯伟铭,李振华,周智翔,林艳梅,肖毅. 光学学报. 2019(12)
[4]飞秒激光加工超硬材料的研究进展[J]. 魏超,马玉平,韩源,张遥,陈雪辉. 激光与光电子学进展. 2019(19)
[5]低维黑磷制备及其在太阳电池中的应用研究进展[J]. 余夏辉,杜凯翔,杨培志. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[6]光学薄膜塔姆态诱导石墨烯近红外光吸收增强[J]. 黎志文,陆华,李扬武,焦晗,赵建林. 光学学报. 2019(01)
[7]基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器[J]. 李晨,陆雪琪,庾财斌,吴繁,吴宇. 光学学报. 2018(03)
本文编号：3326490
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
激光用于石墨烯微结构化。（a）激光双光束干涉技术用于制备具备微纳结构的石墨烯薄膜的示意图；（b）具有一维光栅状结构和（c）具有二维光栅状结构的石墨烯薄膜的光学显微镜照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一维和二维光栅状结构的LRGO薄膜上；（f）具有微纳结构的石墨烯薄膜的结构色[76]
图4 激光用于石墨烯微结构化。（a）激光双光束干涉技术用于制备具备微纳结构的石墨烯薄膜的示意图；（b）具有一维光栅状结构和（c）具有二维光栅状结构的石墨烯薄膜的光学显微镜照片；（d)(e)405nm的激光照射衍射斑在具有一维和二维光栅状结构的LRGO薄膜上；（f）具有微纳结构的石墨烯薄膜的结构色[76]3 典型柔性电子器件
图1为GO与LRGO的简化原子结构示意图，激光还原可以去除GO表面大部分的OCGs[69]。根据Smirnov等[70]报道的阈值参数，超过3.2eV（λ<390nm）的光子能通过光化学过程引起脱氧反应，而小于该阈值的光子能量可以触发光热还原，因此根据GO吸收的光子能量，GO的光还原可分为光化学还原和光热还原两种，这主要取决于激光的波长。2010年，波长为663 nm、最大输出功率为80mW的连续波二极管激光器被应用到加工石英衬底上的GO薄膜，当聚焦激光束入射到多层GO膜上时，辐照区吸收了激光能量，能量迅速转化为局部热，急剧的加热使辐照区域的温度升高到空气中的500℃以上，导致GO局部还原并释放出CO2或CO等气体[71]。除了光热还原之外，光化学还原也被证明存在于激光还原GO的过程中。Zhang等[72]利用具有超短脉冲的飞秒激光在GO薄膜上制备石墨烯微电路，激光处理过的区域由于GO的质量损失和碳原子重排导致薄膜凹陷。除此之外，半导体激光器[73]、近红外激光器[74]、Ti…蓝宝石振荡器[69]、LightScribe CD/DVD光驱[75]、脉冲KrF准分子激光器[66]、三倍频调Q单模Nd…YAG激光器[76]等各类激光器都被用于还原GO。2.2 激光调控氧化石墨烯氧含量
【参考文献】：
期刊论文
[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]基于石墨烯的光纤功能化传感器件和激光器件[J]. 谭腾,袁中野,陈远富,姚佰承. 激光与光电子学进展. 2019(17)
[3]基于还原氧化石墨烯的干涉型光纤湿度传感器[J]. 柯伟铭,李振华,周智翔,林艳梅,肖毅. 光学学报. 2019(12)
[4]飞秒激光加工超硬材料的研究进展[J]. 魏超,马玉平,韩源,张遥,陈雪辉. 激光与光电子学进展. 2019(19)
[5]低维黑磷制备及其在太阳电池中的应用研究进展[J]. 余夏辉,杜凯翔,杨培志. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[6]光学薄膜塔姆态诱导石墨烯近红外光吸收增强[J]. 黎志文,陆华,李扬武,焦晗,赵建林. 光学学报. 2019(01)
[7]基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器[J]. 李晨,陆雪琪,庾财斌,吴繁,吴宇. 光学学报. 2018(03)
本文编号：3326490
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