長春光機所光子實驗室在利用飛秒激光微納加工石墨烯材料方面的研究獲得新進展

自石墨烯被首次發(fā)現(xiàn)以來，“二維材料”逐漸走入人們的視野，并成為材料領(lǐng)域的研究熱點。然而如何突破材料本身性能，拓展其物理化學(xué)性質(zhì)，是實現(xiàn)其走向應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過自組裝，電子束刻蝕和極紫外光刻等技術(shù)在石墨烯上制備微納結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)控其帶隙、吸收、載流子遷移率等性能。但這些方法存在著耗時、成本高昂，缺乏通用性等問題。因此，如何降低成本，高效制備微納結(jié)構(gòu)石墨烯，成為了目前需要解決的重要問題。 

飛秒激光加工技術(shù)憑借著超高峰值功率和超短脈沖持續(xù)時間的獨特優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于多種材料的超精細微納加工領(lǐng)域。然而，以激光直寫為例，雖然其精度很高，但在超精細微納制備上，效率仍有待提高。同時保證加工精度和加工效率是該技術(shù)需要解決的主要問題之一。顯然，如何利用靈活簡便的加工手段解決加工精度和加工效率問題是拓展飛秒激光實用化的關(guān)鍵所在。 

針對上述問題，近日中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所光子實驗室楊建軍團隊和山西長治學(xué)院、美國羅切斯特大學(xué)合作提出了一種新型的應(yīng)對方式——飛秒激光等離子體光刻技術(shù)（FPL）。通過均勻化入射激光通量的寬視場照射以及調(diào)控激光與物質(zhì)耦合強度和瞬時局部自由電子密度分布等，合作者們在百納米厚的硅基氧化石墨烯（GO）薄膜表面實現(xiàn)了高質(zhì)量微納周期結(jié)構(gòu)的快速制備。 

這項工作首次證明了FPL技術(shù)在二維薄膜材料上能夠?qū)崿F(xiàn)大面積高質(zhì)量亞微米周期結(jié)構(gòu)（周期約680納米，寬度約400納米）（rGO-LIPSS）的快速制備。不僅如此，得益于飛秒激光的非線性光學(xué)特點，F(xiàn)PL技術(shù)加工過程不易受材料表面缺陷、雜質(zhì)等因素的影響，加工基底也不易受到材料種類的限制。加工材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的機械性能，可以利用傳統(tǒng)的濕轉(zhuǎn)移法進行完整轉(zhuǎn)移。這為相關(guān)材料周期性微納結(jié)構(gòu)的靈活制備奠定了基礎(chǔ)。