本發明涉及石墨烯，尤其是涉及一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置。
背景技術：
自2004年石墨烯(graphene)這一材料被發現以來,有關研究和新聞就未曾間斷。石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種炭質新材料,這種石墨烯晶體薄膜的厚度只有0.335nm,僅為頭發直徑的20萬分之一,是目前已知世界上強度最高的材料,具有熱、力、電等優異的性能。石墨烯的制備大體可分為物理方法(液相剝離法、機械剝離法)和化學方法(cvd、sic外延生長等)。其中化學方法研究得較早,主要是以苯環或其他芳香體系為核,通過偶聯反應使苯環上6個碳均被取代,然后相鄰取代基之間脫氫形成新的芳香環,如此進行多步反應使芳香體系變大,但該方法工藝復雜，制造成本較高；物理方法主要以石墨為原料來合成,不僅原料便宜易得,而且可得到較大平面結構的石墨烯,但是成型的石墨烯品質較低。化學方法如化學氣相沉積是反應物質在高溫、氣態條件下發生化學反應,生成的固態物質沉積在加熱的固態基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。dato等(datoa,radmilovicv,leez,etal.substrate-freegas-phasesynthesisofgraphenesheets.nanoletters,2008,8(7):2012-2016.)報道了一種新型等離子體增強化學氣相沉積法,乙醇液滴作為碳源,利用ar等離子體合成石墨烯,極大地縮短了反應時間，但是cvd生長需要高溫真空環境，對于制造成本要求較高。coleman等(hernandezy,nicolosiv,lotyam,etal.high-yieldproductionofgraphenebyliquid-phaseexfoliationofgraphite.naturenanotechnology,2008,3(9):563-568.)報道的液相剝離法以石墨為原料,將其分散在有機溶劑中,當溶劑的表面能與石墨烯相當時,在超聲的作用下，利用流體的剪切力逐層平衡剝離石墨所需的能量,最終得到石墨烯。雖然該方法能得到單層或者多層的石墨烯,但合成產率不高。王士虎等(wangs.thefastfabricationofflexibleelectronicdevicesofgraphenecomposites.[j].nanotechnology,2016,27(31):31lt01.)基于韋森堡效應一步式制備圖案化的石墨烯，但獲得石墨烯含量較低，而且和其他聚合物混合一體。石墨烯制造的研究雖已取得初步成效,但石墨烯的連續圖案化制造仍需進一步研究，實現工藝簡單低成本和環境要求制造，成為亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于針對現有的石墨烯制造成本高、工藝復雜等缺陷，提供一種激光誘導沉積制造圖案化石墨烯的裝置。
本發明設有電紡直寫前驅體平臺、激光誘導石墨烯化平臺和接收沉積石墨烯平臺；所述電紡直寫前驅體平臺設有注射泵、注射器、直流電源；激光誘導石墨烯化平臺設有co2激光器和惰性氣體保護系統；接收沉積石墨烯平臺設有收集板和二維運動平臺；所述注射器與注射泵連接，直流電源為注射器供電，co2激光器的光束聚焦在注射器的泰勒錐射流出口上，收集板設在二維運動平臺上并位于注射器的泰勒錐射流出口下方，惰性氣體保護系統為接收沉積石墨烯平臺提供惰性氣體保護。
所述注射泵可采用精密注射泵。
所述直流電源可采用直流高壓電源。所述惰性氣體可采用氮氣等。
所述co2激光器的波長可采用10.6μm。
本發明完成一種直寫均苯型高聚物溶液并通過激光在線誘導溶液石墨烯化，即將該溶液為工作前驅體，存儲在電紡直寫的注射器中，強電場作用下將高聚物油墨從流道出口拉伸形成微米級的泰勒錐射流，同時將激光光束聚焦在泰勒錐射流上。激光以其光子作用和熱效應在高頻脈沖作用下破壞聚酰亞胺本體的c-n、c-o以及完成脫氫反應，形成具有共軛腈基的苯環型化合物，石墨烯化是利用熱活化使熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化，分子重組使得六角碳網層逐漸形成并生長，最終石墨烯在電場力的作用下沉積在運動平臺的接收板上，實現圖案化制造。該方法具有可連續制造、成本低、環境及設備要求低等優勢。
附圖說明
圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。
具體實施方式
為了實現上述目的，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發明實施例設有電紡直寫前驅體平臺、激光誘導石墨烯化平臺和接收沉積石墨烯平臺；所述電紡直寫前驅體平臺設有注射泵1、注射器2、直流電源3；激光誘導石墨烯化平臺設有co2激光器4和惰性氣體保護系統5；接收沉積石墨烯平臺設有收集板6和二維運動平臺7；所述注射器2與注射泵1連接，直流電源3為注射器2供電，co2激光器4的光束聚焦在注射器2的泰勒錐射流出口8上，收集板6設在二維運動平臺7上并位于注射器2的泰勒錐射流出口8下方，惰性氣體保護系統5為接收沉積石墨烯平臺提供惰性氣體保護。
所述注射泵1采用精密注射泵。
所述直流電源3采用直流高壓電源，電壓<10kv。所述惰性氣體采用氮氣等。
所述co2激光器4的波長采用10.6μm。
在圖1中，標記9為圖案化石墨烯。
本發明實施例是以分子量30萬、濃度為20％的聚酰亞胺(polyimide)油墨作為工作流體，直流電源3的正極與注射器2針頭相連(針頭尺寸為：1～500μm)，針尖與收集板6之間的接收距離為：10μm～5mm，采用精密注射泵1進行溶液的供給(供液塑速率為：10～500μh/h)當墨水所受電場力超過其表面張力時，形成微米級的泰勒錐射流,將co2激光器4光束聚焦在泰勒錐射流上，co2激光器4的工作參數包括功率：1～30w，脈沖頻率：1～1000hz；占空比：1％～100％。高頻脈沖激光通過光子作用和熱效應破壞聚酰亞胺本體的c-n、c-o以及完成脫氫反應，形成具有共軛腈基的苯環型化合物，石墨烯化是利用熱活化能使熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化，分子重組使得六角碳網層逐漸形成并生長，最終石墨烯圖案化沉積在運動平臺的接收板上。
與現有技術相比，本發明具有環境要求低、工藝簡單、制造成本低、可實現連續制造等優點。
本發明以均苯型高聚物溶液為工作流體，通過電紡直寫的方式，在高壓電場的作用下將高聚物油墨從流道出口拉伸形成微米級的泰勒錐射流，然后將激光光束聚焦在射流上。激光以其光子作用和熱效應在高頻脈沖作用下破壞聚酰亞胺本體的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構有序轉化，分子重組形成使得六角碳網層逐漸形成并生長，生成的石墨烯在電場力的作用下沉積在運動平臺接收板上，獲得任意結構的石墨烯圖案。