德國(guó)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(duì)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(zhǎng)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(lái)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(duì)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(guò)熱還原、化學(xué)還原或光催化還原來(lái)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(zhǎng)較長(zhǎng)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(wú)損的光還原。其次，該激光器輸出的激光可以形成細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(píng)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(lái)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(duì)我們的工作很有幫助。”

Coherent相干公司準(zhǔn)分子產(chǎn)品營(yíng)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(lái)開發(fā)電動(dòng)汽車電池，滿足更高效和更大容量的要求?！?/p>