一种柔性光热/光电转换衬底及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及微纳功能器件加工技术领域，尤其是涉及一种柔性光热/光电转换衬底及其制备方法和应用。

背景技术

能源危机已逐渐成为人类发展面临的巨大挑战，而太阳能由于易于获取已被视为一种优先的清洁能源，并已被用于各种领域。其中，石墨烯由于其独特的光学和电学性能，被广泛用于制造光电器件和传感器。因此，以太阳能为动力的石墨烯电子器件成为人们关注的焦点。然而，高效制备用于光电器件的石墨烯仍然是一个挑战。

传统的石墨烯制备方法包括化学气相沉积、氧化石墨烯还原、石墨表面机械剥落和外延生长。其中，机械剥离法和外延生长法制备效率较低，难以满足大规模的需要；而还原氧化石墨烯法应用较多，但其制备过程中使用的还原剂大多具有高毒性、高污染等缺点，为制备过程的保护措施及废液处理增加了成本；化学气相沉积法虽然可以获得大尺寸连续的石墨烯薄膜，但在剥离过程中，可能会引入新的杂质导致石墨烯品质受到影响，同时反应条件苛刻、严格。

另一方面，相关研究表明，碳量子点(CQDs)的单向尺寸在100nm以下，其强荧光特性、化学稳定性、生物兼容性及低毒性使其在生物成像、光催化、能量转换、光电学及传感方面有广阔的应用空间。目前的碳量子点的制备方法包括水热法、微波法、激光烧蚀法等等，这些方法需要消耗大量能量才能合成碳量子点，不符合节能减排的要求。而且通过现有碳量子点的原料及制备方法制得的碳量子点还存在耐强酸强碱以及强氧化性差的缺陷。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性光热/光电转换衬底及其制备方法和应用，本发明通过CO

第一方面，本发明提供一种柔性光热/光电转换衬底的制备方法，包括以下步骤：

使用CO

本发明首先使用CO

因此，本发明柔性光热/光电转换衬底的制备过程无污染、高效、成本低，无需特殊的气氛，即可实现大面积石墨烯基柔性基板的制备。

具体地，在使用CO

同时，在使用中心波长为1.064μm的CO

研究表明，在使用上述参数的CO

在使用CO

研究表明，在使用上述参数的飞秒激光处理时，能够稳定形成特征尺寸小且密集的纳米结构。

在上述技术方案的基础上，进一步优选地，所述PI膜在使用CO

第二方面，本发明还公开了一种利用上述制备方法制备得到的柔性光热/光电转换衬底，上述方法制备得到的柔性光热/光电转换衬底具有优异的光热和光电转换性能，因此，其也理应属于本发明的保护范围。

第三方面，本发明还公开了上述柔性光热/光电转换衬底在热/光电微纳功能器件中的应用，也理应属于本发明的保护范围。

本发明柔性光热/光电转换衬底的制备方法，至少具有以下技术效果：

1、本发明首先使用CO

2、本发明所制备得到的柔性光热/光电转换衬底具有优异的光热和光电转换性能，在光电器件和太阳能领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明柔性光热/光电转换衬底的制备流程图；

图2为本发明柔性石墨烯衬底和柔性光热/光电转换衬底的SEM照片；

图3为本发明柔性石墨烯衬底和柔性光热/光电转换衬底的拉曼谱图和红外吸收光谱；

图4为本发明柔性石墨烯衬底及柔性光热/光电转换衬底的光热转换测试图；

图5为本发明柔性石墨烯衬底及柔性光热/光电转换衬底的光响应测试图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

S11、将PI薄膜剪成10mm×10mm的尺寸，然后将PI膜置于去离子水超声波清洗机中清洗5分钟，将清洗后的PI薄膜置于室温下干燥；

S12、选择中心波长为1.064μm的CO

S13、将上述样品放置在飞秒激光微纳加工平台上，设置飞秒激光的加工功率为4.7mW，扫描速度为1mm/s，扫描间距为40μm，加工区域为10mm×10mm，通过飞秒激光线扫描的微纳加工方式，在柔性石墨烯衬底表面诱导碳纳米颗粒，得到柔性光热/光电转换衬底。

实施例2

S21、将PI薄膜剪成10mm×10mm的尺寸，然后将PI膜置于去离子水超声波清洗机中清洗5分钟，将清洗后的PI薄膜置于室温下干燥；

S22、选择中心波长为1.064μm的CO

S23、将上述样品放置在飞秒激光微纳加工平台上，设置飞秒激光的加工功率为4.7mW，扫描速度为1mm/s，扫描间距为50μm，加工区域大小为10mm×10mm，通过飞秒激光线扫描的微纳加工方式，在柔性石墨烯衬底表面诱导碳纳米颗粒，得到柔性光热/光电转换衬底。

实施例3

S31、将PI薄膜剪成10mm×10mm的尺寸，然后将PI膜置于去离子水超声波清洗机中清洗5分钟，将清洗后的PI薄膜置于室温下干燥；

S32、选择中心波长为1.064μm的CO

S33、将上述样品放置在飞秒激光微纳加工平台上，设置飞秒激光的加工功率为5mW，扫描速度为1mm/s，扫描间距为30μm，加工区域大小为10mm×10mm，通过飞秒激光线扫描的微纳加工方式，在柔性石墨烯衬底表面诱导碳纳米颗粒，得到柔性光热/光电转换衬底。

实施例4

S41、将PI薄膜剪成10mm×10mm的尺寸，然后将PI膜置于去离子水超声波清洗机中清洗5分钟，将清洗后的PI薄膜置于室温下干燥；

S42、选择中心波长为1.064μm的CO

S43、将上述样品放置在飞秒激光微纳加工平台上，设置飞秒激光的加工功率为4mW，扫描速度为1mm/s，扫描间距为30μm，加工区域大小为10mm×10mm，通过飞秒激光线扫描的微纳加工方式，在柔性石墨烯衬底表面诱导碳纳米颗粒，得到柔性光热/光电转换衬底。

对照例1

仅使用中心波长为1.064μmCO

对照例2

仅使用中心波长为1.064μmCO

图1为本发明柔性光热/光电转换衬底的制备流程图。

如下，本发明对实施例1所制备得到柔性光热/光电转换衬底进行了结构及光电性能表征。

图2中a-c为柔性石墨烯衬底不同放大倍率的SEM照片，d-f为飞秒激光烧蚀后柔性光热/光电转换衬底表面不同放大倍率的SEM照片。由图2可知，聚酰亚胺(PI)薄膜在CO

据此，本发明分别对CO

为进一步研究本发明所制备柔性石墨烯衬底和柔性光热/光电转换衬底的光热转换效果，本发明分别对PI膜、柔性石墨烯衬底和柔性光热/光电转换衬底进行了光热转换性能的测试。由图4可知，柔性石墨烯衬底在30分钟内的光热温差可达38℃，而表面具有碳纳米颗粒的柔性光热/光电转换衬底光热温差甚至达到42.5℃，表明本发明所制备的柔性光热/光电转换衬底具备优异的光热转换性能。

由图5柔性石墨烯衬底和柔性光热/光电转换衬底的光响应测试结果可知，柔性石墨烯衬底具备良好的导电性能和光响应性能，并且表面具有碳纳米颗粒的柔性石墨烯衬底表现出更加稳定的光电流传输。

相比于实施例1，对照例1之所以无法得到具有优异光热/光电转换性能的柔性衬底，是因为在较低扫描速度下，热积累效应造成PI薄膜的损坏导致柔性石墨烯衬底的转化质量大大降低，无法形成完整的石墨烯柔性程度。若降低激光功率则无法达到PI膜转换成石墨烯的所需激光功率参数。

而对照例2，在较高扫描速度下，PI薄膜无法向石墨烯转换，即使提高激光功率仍然无法达到PI薄膜转换石墨烯所需能量积累要求，仅能实现PI膜的切割效果。

综上，本发明仅通过激光烧蚀即可制备出具有光热和光电转换性能的柔性石墨烯衬底，并且通过飞秒激光可以直接在柔性石墨烯衬底表面实现碳纳米颗粒的诱导，从而获得更加高效的光热和光电转换性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。