[发明专利]一种双光束快速制备石墨烯图形的方法及装置

权利要求书

1.一种双光束快速制备石墨烯图形的方法，其特征在于：将连续激光束与短脉冲激光束同时聚焦到镍基底表面，镍基底接收到聚焦的短脉冲光束中的一个脉冲后，局部温度在脉宽时间内迅速升至石墨烯生长温度，汇聚的连续激光束继续对光束聚焦区域加热，使得镍基底上光束聚焦区域的温度稳定地保持在石墨烯生长温度，从而使与镍基底高温区域接触的甲烷气体分解出游离的碳原子并溶入基底的高温区域；聚焦激光束与镍基底保持匀速的相对运动，当聚焦激光束离开该聚焦区域后，该聚焦区域由于热扩散与热对流温度迅速降低，使得溶入的碳原子在基底表面析出形成石墨烯，从而制得与相对运动路径一致的石墨烯图形。

2.根据权利要求1所述的双光束快速制备石墨烯图形的方法，其特征在于：镍基底上的一个聚焦区域仅被一个脉冲及连续激光加热。

3.一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于，包括脉冲激光单元(1)、连续激光单元(2)、二向色镜(3)、光束整形与聚焦单元(4)、真空腔(5)、气体流量控制单元(6)、三轴精密平移台(7)；所述脉冲激光单元(1)发出的短脉冲激光束与连续激光单元(2)发出的连续激光束由二向色镜(3)进行合束，经光束整形与聚焦单元(4)后共同汇聚到固定于真空腔(5)内的镍基底表面，对基底表面的局部区域进行加热；真空腔(5)安装于三轴精密平移台(7)上，可随三轴精密平移台(7)移动；气体流量控制单元(6)与真空腔(5)相连，为石墨烯图形的制备提供所需要的气体供给。

4.根据权利要求3所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述脉冲激光单元(1)包括脉冲激光器(11)、第一激光快门(12)和反射镜(13)；所述第一激光快门(12)接收所述脉冲激光器(11)发射的短脉冲激光束，并通过反射镜(13)将所述短脉冲激光束发射到所述二向色镜(3)。

5.根据权利要求4所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述脉冲激光器(11)为纳秒激光器，功率及脉冲重复频率可调。

6.根据权利要求3所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述连续激光单元(2)包括连续激光器(21)与第二激光快门(22)；所述第二激光快门(22)接收所述连续激光器(21)发射的连续激光束，并发射给所述二向色镜(3)。

7.根据权利要求6所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述连续激光器(21)为固体激光器，配有控制器，功率可调。

8.根据权利要求3所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述光束整形与聚焦单元(4)包括光束整形模块(41)和光束聚焦模块(42)；所述光束整形模块(41)中设有光束扩束元件与衍射平顶光束整形元件，用于将所述二向色镜(3)发射的呈高斯分布的脉冲激光束与连续激光束整形为平顶分布光束，并将所述平顶分布光束发射到所述光束聚焦模块(42)进行聚焦。

9.根据权利要求3所述的一种双光束快速制备石墨烯图形的装置，其特征在于：所述气体流量控制单元(6)包括氢气(61)、甲烷(62)、氢气质量流量控制器(63)、甲烷质量流量控制器(64)、三通阀(65)、真空计(66)和真空泵(67)；所述氢气(61)与所述氢气质量流量控制器(63)相连；所述甲烷(62)与所述甲烷质量流量控制器(64)相连；所述氢气质量流量控制器(63)和甲烷质量流量控制器(64)的输出汇集进所述三通阀(65)并进入所述真空腔(5)进行石墨烯合成；所述三通阀(65)与真空腔(5)入口之间设有所述真空计(66)；所述真空泵(67)通过真空管道与所述真空腔(5)出口相连，用于排出真空腔(5)内的气体。