本技术介绍了一种制备飞秒激光诱导石墨烯双面传感器的方法,属于激光应用技术领域。该技术通过离焦激光加工聚醚醚酮薄膜下表面,制备出具有优异性能的双面传感器。
背景技术
石墨碳基材料展现出优异的物理化学性质,包括超高的电子迁移率,优异的热稳定性,出色的导电性,良好的光学透明度,高机械强度以及大比表面积等,因而在可穿戴电子设备、交互式机器人等诸多领域得到广泛应用。然而,传统的石墨烯制备方法,诸如机械剥离、化学气相沉积、外延生长、还原氧化石墨烯等,存在工艺过程复杂、有化学残留、需要掩膜、制备条件苛刻、产量低以及成本高等问题,极大限制了其应用发展。相比之下,激光诱导石墨烯(Laser-induced Graphene,LIG)技术能够在空气中以原位、单步和可扩展的方式制备出具有良好物理化学性能的石墨烯,已成为石墨烯低成本和规模化生产的崭新替代技术。
LIG具有良好的导电性、鲁棒性和稳定性,其作为柔性可穿戴传感器的导电传感单元和电极材料,具有良好的灵敏度、宽广的检测范围、快速的响应时间、机械稳健性和长期稳定性。目前,在LIG制备中最常采用的激光是波长为10.6μm的CO2
激光,但由于其明显的热效应,加工精度较低,容易产生过热烧蚀,并且加工衬底的选择范围有限。与之不同的是,飞秒激光具有加工热影响区域相对较小,极高的峰值功率以及良好的穿透性等优点,在LIG制备中实现了更高的加工精度,更低的热影响区和更大的衬底选择范围。
在多功能性可穿戴柔性传感器的制备方面,第一种选择是在聚合物表面制备多个LIG传感器,但这往往会造成传感器间的互相干扰,同时也无法满足便携式可穿戴设备对尺寸的限制。第二种选择是在聚合物上下表面加工LIG双面传感器。在保留中央绝缘衬底的情况下,可将多功能传感器分开来。既满足传感器之间的独立性,又能减小尺寸。但是普通的加工方法是在加工完一面后,将样品翻转过来再加工另一面。这种加工方法操作复杂,上下两面传感器的位置难以良好对应,还容易破坏先加工的LIG。而利用飞秒激光制备LIG,则能够实现原位制备双面传感器,同时具有单步加工和可拓展性的优势。
实现思路