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相干公司達成合作協(xié)議，采用Coherent相干公司的LineBeam155準分子激光加工系統(tǒng)推動大尺寸石墨烯生產(chǎn)。

FraunhoferILT的微米和納米結(jié)構(gòu)團隊選擇采用LineBeam155對特別適用于電動汽車電池(EVB)的單層氧化石墨烯(GO)薄膜進行光還原研究。

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械強度等，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認為是一種未來革命性的材料。石墨烯有望被使用在增強柔性電子元件和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、電動汽車等系列產(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、化學還原或光催化還原來實現(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激光能夠讓材料實現(xiàn)更高的吸收效率，從而產(chǎn)生更強的非熱脫附效應(yīng)，最終實現(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準分子激光器（波長248nm，輸出功率最大150W）和LineBeam光路系統(tǒng)（可實現(xiàn)155mm×0.4mm的平頂光斑）組成。搭配的運動控制系統(tǒng)可實現(xiàn)高達每分鐘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)團隊的MatthiasTrenn評論道：“LineBeam激光系統(tǒng)是一款獨特的工具，讓我們可以實現(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相干公司準分子產(chǎn)品營銷經(jīng)理RalphDelmdahl補充道：“LineBeam系統(tǒng)已經(jīng)在移動設(shè)備生產(chǎn)中證明其實力。令我們高興的是，該系統(tǒng)也能用來開發(fā)電動汽車電池，滿足更高效和更大容量的要求。”