[发明专利]一种基于激光定点加工制备大尺寸石墨烯的方法

说明书

本发明涉及一种基于激光定点加工制备大尺寸石墨烯的方法，包括如下步骤：步骤一，在基片上均匀涂布一层熔融态的含碳聚合物；步骤二，将若干石墨烯块随机放置在所述含碳聚合物上；步骤三，使用激光光源扫描整个所述含碳聚合物覆盖的区域，直至每块所述石墨烯块与周围的所述含碳聚合物形成连接关系，形成完整的石墨烯。本发明在常温常压的大气环境下就能实现从碎块化的石墨烯到石墨烯的转变，简化了工艺流程，并且可控性好，仅需要调控激光的参数和石墨烯块的布设方式，使得该技术成本更低，难度更小。另外通过布置若干石墨烯块，能够提高石墨烯块和含碳聚合物之间连接的可控性。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备技术领域，具体涉及一种基于激光定点加工制备大 尺寸石墨烯的方法。

背景技术

自从2004年英国科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗 夫(Konstantin Novoselov)用机械分离法成功获得石墨烯以来，石墨烯引起了 广泛的研究。

石墨烯是碳原子以SP²杂化连接的单原子构成的二维晶体，它几乎完全透 明，是目前自然界最薄、强度最高、导电导热性能最强的材料，常温下其电子 迁移率超过15000cm²/(V*s)，在纳米电子器件、储能材料、催化、传感器、药 物载体以及功能型复合材料等领域具有广泛的应用前景。

然而，现有的石墨烯的制备技术及成本限制了石墨烯的应用和发展。目前 石墨烯的制备主要有两类方法：一类是以石墨为原料，通过物理或化学剥离或 裁剪获得单层或多层石墨烯；另一类是以含碳化合物为原料，通过化学分解、 碳原子结晶生长等方法获得。具体的方法主要有：机械剥离法、氧化还原法、 化学气相沉积法、取向附生长法(CVD法)、晶体外延生长法等等。

上述方法虽然较成熟，但仍存在一些不足。比如晶体外延生长法、机械剥 离法虽然操作简单，但产率低，尺寸不易控制。氧化还原法、化学气相沉积法 被认为是最有希望制备出高质量、大面积石墨烯的方法，是产业化生产石墨烯 薄膜最具潜力的方法。然而，目前CVD方法制备出的大尺寸石墨烯多数为多晶 石墨烯，存在大量的晶界极大限制了石墨烯的迁移率和导电性能，迁移率通常 介于100～1000cm²V^-1s^-1，而且其方法制备过程长、耗能大、效率低、产品收率 低且成本非常高，制备过程中产生大量的化学废品，回收处理成本高，环境污 染大。

光电功能薄膜被认为是石墨烯最重要的潜在应用，有望推动信息革命的进 程。然而，上述方法制备出来的大多都是尺寸较小(片径大多在微米量级)的石 墨烯，批量获得结构可控、均质、大尺寸(厘米量级)、满足工业化需求的石 墨烯已成为目前石墨烯光电功能薄膜制备和应用开发方面的主要瓶颈，极大阻 碍了石墨烯薄膜规模化应用的步伐。

因此，提供一种技术难度低、能够在常温常压大气环境下制备大尺寸石墨 烯的方法是目前亟需解决的问题。该方向的突破对推动石墨烯的应用，特别是 在透明导电膜、显示器和太阳能电池电极、气体传感器、光电转换器、集成电 路等薄膜光电功能器件等领域的应用具有重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种技术难度低、能 够在常温常压大气环境下基于激光定点加工制备大尺寸石墨烯的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于激光定点加工制备大尺寸石墨烯的方法，包括如下步骤：

步骤一，在基片上均匀涂布一层熔融态的含碳聚合物；

步骤二，将若干石墨烯块随机放置在所述含碳聚合物上；

步骤三，使用激光光源扫描整个所述含碳聚合物覆盖的区域，直至每块所 述石墨烯块与周围的所述含碳聚合物形成连接关系，形成完整的石墨烯。