第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

148 / 2020-09-19 10:31:28

不同激光诱导材料产生石墨烯的机理研究

石墨烯；激光；波长；光热；光化学

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不同激光诱导材料产生石墨烯的机理研究

摘要：自CO₂激光将聚酰亚胺诱导成石墨烯以来，各种波长的激光被用于诱导形形色色的材料生成石墨烯，然而，激光波长对石墨烯质量以及形成机理的影响缺乏系统的研究。本文采用波长为10.6μm的CO₂激光和355nm的紫外激光诱导聚酰亚胺生成石墨烯，在CO₂激光和低能量密度的紫外激光烧蚀下，拉曼光谱显示生成了石墨烯，通过扫描电镜和三维形貌仪对石墨烯进行微观形貌的表征，发现石墨烯的出现伴随着表面凸起等光热特征，证明石墨烯的生成主要受光热效应的影响。在高能量密度的紫外激光烧蚀下，加工区域出现边缘平整的凹坑结构，且产物并非石墨烯，此过程极有可能是以光化学反应为主。

       对石墨烯生成前后进行了能谱测试，测试结果表明，在红外激光诱导下，氮和碳的比值减少了，而在紫外激光下，氮和碳的比值反而增加了，这表明空气中的氮气和紫外激光发生光化学反应而被电离，最后和聚酰亚胺表面发生反应。

       拉曼光谱测试结果表明CO₂激光诱导产生的石墨烯具有更高的质量以及更少的层数，这是由于石墨烯的形成过程主要以光热效应为主，光热反应更倾向于发生在波长较长的激光中，而紫外激光烧蚀聚酰亚胺表面时，光热反应和光化学反应同时存在，再加上紫外激光的单光子能量较高，导致生成的产物是石墨烯和不定型碳的混合物。

       实验表明石墨烯的生成主要受光热效应的影响，且CO₂激光诱导下产生的石墨烯具有更高的质量以及更少的层数。本文采用对比学习的方法，研究了不同激光诱导石墨烯的机理。

关键词：石墨烯；激光；波长；光热；光化学



备注：口头报告

报告人：王立勇，17864307530，zhenghongyu@sdut.edu.cn