[发明专利]一种铜箔上的连续快速制备石墨烯薄膜的装置与方法

说明书

本发明公开了一种铜箔上的连续快速制备石墨烯薄膜的方法与装置，所述铜箔上的连续快速制备石墨烯薄膜装置主要包括激光发生系统和石墨烯薄膜收集系统。高功率脉冲激光辐射于石墨悬浮液，使靶材表面瞬间产生高温高压等离子体，受周围液体的约束作用，等离子体无法自由扩散，随着反应区域的自调节热传导，靶材表面形成连续的气态碳不断扩大等离子体羽区范围，等离子体定向局域膨胀发射，并在衬底上沉积而形成石墨烯薄膜。本发明的技术方案可以提高石墨烯薄膜的制备效率。

技术领域

本发明属于激光制备石墨烯薄膜技术领域。

背景技术

石墨烯拥有独特的物理化学性能，然而，微小的石墨烯是无法真正发挥出它的优越性质的，因此，大尺寸、高效率石墨烯的制备的研究是有必要的。自从2004年问世以来，石墨烯如何高效的制备就一直吸引着科研人员的密切关注，制备石墨烯的理论与方法也层出不穷。除了有传统的机械剥离和氧化还原法之外，还有后来被广泛应用的的化学气相沉积法及外延生长法，目前激光诱导制备石墨烯技术也成为研究的热点。

激光产生于20世纪60年代，从出现到今天的大规模应用，它就在工业生产和科学研究方面扮演者至关重要的角色。尤其在材料强化处理、再制造生产、激光切割、激光焊接、激光打标以及诱导结构转变方面，其独特的光学作用过程为生产高质量产品做出巨大贡献。激光器也在不断的改进更新，至今已经出现很多代的产品，每种产品也有许多规格，形成了包括固体激光器、气体激光器、半导体激光器等在内的几种主流激光器，脉冲激光器的脉宽也从毫秒，纳秒，皮秒发展到如今的飞秒。自从石墨烯被发现以来，激光在生产石墨烯中的应用也得到迅速发展，与传统的制造技术(如机械剥离、化学气相沉积)相比，激光冲击制备石墨烯具有简单的工艺流程、对生产环境要求不高、安全性高、可靠性好等优点。

石墨是堆栈式的片状结构，层与层之间是通过范德华力吸引在一起的，它既表现为原子性又有分子晶体的物理化学特性，碳原子通过C-C键连接在一起，这种共价键的结合力非常强，所以使其具有极高的熔点。激光的高能量可以在短时间内破坏石墨之间的结合力，这是由于激光能量受到周围水溶液的约束无法迅速散开，在焦点附近形成高温高压的等离子体，原子结构重组产生新的碳相组织，在产物中观察到石墨烯的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜箔上的连续快速制备石墨烯薄膜的方法与装置，用来提高石墨烯薄膜的制备效率。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种铜箔上的连续快速制备石墨烯薄膜的装置，包括激光发生系统和位于激光发生系统下方的反应容器，所述反应容器左端设有丝杠螺母装置，所述丝杠螺母装置的输出端安装有亚克力板，所述亚克力板上安装有铜箔，所述亚克力板及铜箔均位于所述反映容器内，所述丝杠螺母装置在电机的带动下可以实现将所述所述亚克力板在所述反映容器内竖直方向移动；所述反应容器中放有石墨悬浮液和磁力搅拌仪，所述反应容器中装有去离子水；所述反应容器上方固定安装有激光加工头，所述激光发生系统发出的激光通过全反镜反射给所述激光加工头。

上述方案中，还包括流量调节器、储液箱和电泵，所述流量调节器一端与储液箱相连，另一端通过电泵与反应容器的进水管相连，所述反应容器的出水管与储液箱相连。

上述方案中，所述激光发生系统包括高功率脉冲激光发生装置和准直扩束镜，所述准直扩束镜由聚焦透镜和凹透镜组成。

上述方案中，所述电机与数字控制器连接，所述数字控制器、所述高功率脉冲激光发生装置、所述流量调节器均与计算机连接。