德國FraunhoferInstituteforLaserTechnology(ILT)(弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所,專注于激光和光學(xué)技術(shù)的研究,應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋汽車制造、光伏、航空制造業(yè)、醫(yī)療工程等)和Coherent相干公司達(dá)成合作協(xié)議,采用Coherent相干公司的LineBeam155準(zhǔn)分子激光加工系統(tǒng)推動(dòng)大尺寸石墨烯生產(chǎn)。
FraunhoferILT的微米和納米結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)選擇采用LineBeam155對特別適用于電動(dòng)汽車電池(EVB)的單層氧化石墨烯(GO)薄膜進(jìn)行光還原研究。
石墨烯是一種由碳原子組成、呈六角形晶格形狀的單層納米材料,具備獨(dú)特的綜合性能,如高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、可見波長內(nèi)出色的透明度以及超乎想象的機(jī)械強(qiáng)度等,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。石墨烯有望被使用在增強(qiáng)柔性電子元件和OLED顯示屏的透明導(dǎo)電電極方面上,此外大家期待將它用在改善手機(jī)、電動(dòng)汽車等系列產(chǎn)品中的鋰離子電池的能量密度和充電特性等方面上。
所以,能否生產(chǎn)出適用于微米和納米制造工藝的大尺寸石墨烯,對于推動(dòng)上述技術(shù)向工業(yè)應(yīng)用發(fā)展而言至關(guān)重要。制造大尺寸石墨烯的其中一種方法是把旋涂在硅(Si)/二氧化硅(SiO2)或玻璃晶片上的單層氧化石墨烯薄膜還原。這種工藝可以通過熱還原、化學(xué)還原或光催化還原來實(shí)現(xiàn),其中光催化還原的前景最被看好。光催化還原是指在超高純度的惰性氣體或真空狀態(tài)中將氧化石墨烯暴露在激光下的加工方法。
還原氧化石墨烯 (rGO) 電極的顯微鏡圖片
脈沖氟化氪(KrF)準(zhǔn)分子激光器非常適用于單層氧化石墨烯薄膜的光催化還原:首先,與那些波長較長的激光相比,該激光器所產(chǎn)生的深紫外(DUV)248nm激光能夠讓材料實(shí)現(xiàn)更高的吸收效率,從而產(chǎn)生更強(qiáng)的非熱脫附效應(yīng),最終實(shí)現(xiàn)高效、無損的光還原。其次,該激光器輸出的激光可以形成細(xì)長的光束,因此可以快速處理大面積的材料。
基于以上原因,F(xiàn)raunhoferILT的微米和納米結(jié)構(gòu)組選擇了LineBeam155激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Coherent相干公司的LEAP150KKrF準(zhǔn)分子激光器(波長248nm,輸出功率最大150W)和LineBeam光路系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)155mm×0.4mm的平頂光斑)組成。搭配的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)每分鐘5,500平方厘米的表面處理速度。另外,輸出的激光光束可以直接導(dǎo)入掩模燒蝕系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高精度的激光制圖。通過改變系統(tǒng)的激光功率、脈沖重復(fù)頻率和掃描速度,可以在各種材料上進(jìn)行大范圍的精密光還原、微結(jié)構(gòu)制備、燒蝕和加工任務(wù)。
ILT微米和納米結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)的MatthiasTrenn評論道:“LineBeam激光系統(tǒng)是一款獨(dú)特的工具,讓我們可以實(shí)現(xiàn)極其精確的脈沖能量控制,并結(jié)合快速、大面積的加工速度,來實(shí)現(xiàn)高功率紫外激光系統(tǒng)的工業(yè)化批量生產(chǎn)能力。得益于此,我們有望用更快、更高效的方式生產(chǎn)石墨烯薄膜,這對我們的工作很有幫助?!?/p>
Coherent相干公司準(zhǔn)分子產(chǎn)品營銷經(jīng)理RalphDelmdahl補(bǔ)充道:“LineBeam系統(tǒng)已經(jīng)在移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)中證明其實(shí)力。令我們高興的是,該系統(tǒng)也能用來開發(fā)電動(dòng)汽車電池,滿足更高效和更大容量的要求?!?/p>
轉(zhuǎn)載請注明出處。