1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院，西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点，提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元，分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列，并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明：加速度方面，X轴灵敏度为0.006 mV/g，Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g，Z轴灵敏度为0.200 mV/g；角加速度方面，X轴灵敏度为0.285 mV/（rad/s2），绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/（rad/s2），绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/（rad/s2）。与有限单元法仿真结果对比，实验测量误差在10%以内，且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
超级电容器是良好的储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、充电速度快等优点。激光诱导石墨烯（LIG）是一种常见的双电层电容器电极材料，但LIG双电层电容器通常表现出较低的电化学性能，而活性物质的掺入会提高超级电容器性能。针对如何控制活性物质的掺入问题，提出一种基于激光直写表面滴涂硝酸铁［Fe（NO3）3］的聚酰亚胺（PI）薄膜以制备LIG-Fe3O4复合物电极的微型超级电容器的方法。激光处理过的区域会同时发生PI薄膜烧蚀与Fe（NO3）3分解，产生Fe3O4与LIG复合的LIG-Fe3O4复合物电极。所制备的LIG-Fe3O4复合物微型超级电容器性能与LIG微型超级电容器相比提高了7.58倍。所提方法为制备高性能LIG微型超级电容器提供了一条新途径。
储能器件 激光直写 激光诱导石墨烯 微型超级电容器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314005
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
石墨烯作为一种新型半金属材料，具有良好的导电性、光学透明度和机械性能，自发现以来备受研究者关注。特别是石墨烯的零带隙狄拉克色散关系赋予其特殊的光电性质，如宽带光吸收和高载流子迁移率，使得石墨烯基光电探测器具有宽广谱检测和快速响应能力。然而，传统的石墨烯制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法和氧化还原法等存在产量低、设备昂贵、工艺复杂和化学污染等问题。除此之外，单层石墨烯光吸收率和载流子寿命短，严重影响了石墨烯光电探测器的响应度。为了解决上述问题，文中采用一步激光刻蚀法在三聚氰胺-聚酰亚胺复合薄膜上原位诱导生成氮掺杂的多孔石墨烯，制备了光响应增强的石墨烯宽光谱探测器。这种激光直写的制备工艺效率高、成本低、无污染，可快速制备石墨烯光电探测器。经测试，该探测器在630 nm可见光辐照下的光响应度为2.17 mA·W−1，相比未掺杂的激光诱导石墨烯光电探测器的响应度提高了一个数量级。此外，该探测器在343 nm紫外和1 550 nm红外波段都具有光响应能力，响应度分别为3.06、2.63 mA·W−1。该方法为简单、高效、低成本制备高性能石墨烯基光电器件提供了可行性方案。
激光诱导石墨烯 光电探测器 氮掺杂 宽光谱探测 laser induced graphene photodetector nitrogen doping wide spectral detection 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230140
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
为了保证在低成本、易制备的前提下提高激光诱导石墨烯压力传感器的性能，设计了一种石墨烯压力传感器的放大结构。表征了激光诱导石墨烯压力传感器的表面结构，分析了表面多孔泡沫结构对压阻效应的影响，采用COMSOL软件对传感器放大结构的受力情况进行仿真分析，得到在外界压力下石墨烯层的受力情况。选用3D打印方法制备树脂材料放大结构基底，在低成本的同时兼顾了轻质、高精度、高机械强度等性能。测试结果表明，压强在5~20 kPa范围内时，该放大结构的灵敏度较无放大结构提高了约43%。
激光诱导石墨烯 石墨烯 压阻效应 放大结构 压力传感器 laser induced graphene(LIG) graphene piezoresistive effect amplification structure pressure sensor
提出了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）的二氧化硅回音壁微球腔全光调谐方法。利用二氧化碳激光器碳化聚酰亚胺（PI）薄膜生成LIG，使用980 nm激光对LIG表面进行光激励，研究了微腔的透射光谱和反射光谱。结果表明：回音壁微腔的品质因子Q值在调谐全过程中保持在左右，调谐范围约为1.09 nm，灵敏度约为8.8 pm/mW，实现了基于LIG的二氧化硅回音壁微球腔无损Q值的全光调谐。该全光调谐方法具有无机械干扰、保持超高Q值、调谐范围宽等优点，扩展了全光调谐在腔量子动力学、非线性光学、低阈值激光等方面应用。
光学器件 回音壁模式 全光调谐 激光诱导石墨烯 超高Q值 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314004
哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
基于聚酰亚胺(polyimide，PI)膜的激光诱导石墨烯(laser-induced graphene，LIG)电极因其制备简单、可扩展性强等优势而逐渐得到了广泛的关注，但较低的能量密度限制了它的进一步应用。为了提升LIG电极的电化学性能，首先研究了激光功率和扫描速度对PI膜碳化效果的影响。在此基础上，在PI膜表面喷涂RuCl3晶体，通过飞秒激光直写技术制备指间距为20 μm的LIG/RuO2复合电极，组装了超级电容器，并对电极微纳结构以及元素成分进行了表征分析。在10 mV/s的电压扫描速率下，LIG/RuO2超级电容器的面积容量为4.9 mF/cm2，是LIG超级电容器的4.85倍，同时具有良好的能量密度(在0.1 mA/cm2的电流密度下为0.173 μW·h/cm2)。研究结果表明，飞秒激光直写技术可以实现LIG/RuO2复合电极的灵活和可扩展制备，在微电子器件以及可穿戴电子设备领域有广阔的应用前景。
激光制造 飞秒激光直写 激光诱导石墨烯 RuO2 超级电容器 中国激光
2022, 49(16): 1602016
1 陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021
2 陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710021
3 西北工业大学电子与信息学院，陕西 西安 710072
木材上激光诱导石墨烯具有环保可降解的优势，被广泛应用于智能木材建筑、家具、植物传感等领域。提出了一种利用木材制备绿色电子传感器的工艺方法，使用中心波长为1070 nm的光纤激光器将木材转化为含有石墨烯的多孔碳结构，方块电阻可达到8 Ω·sq－1。研究表明，激光将木材中的木质素、纤维素与半纤维素中的一部分转化为多孔碳(石墨烯)，压力的变化使得纤维状多孔碳接触或者分离，温度的变化会影响石墨微晶的体积变化，这两者都会影响电阻的变化。制作了灵敏度系数为86.53的压力传感器与电阻温度系数为－0.101%的温度传感器，并制作了集成温度与压力的传感器，传感器满足生活中温度与压力的传感需求，具有广泛的应用前景。
激光技术 激光诱导石墨烯 压力传感器 温度传感器 绿色电子 木材
