Highlight| 综述：激光技术制备石墨烯超级电容器

来源：中国激光

主编点评：

当2010年的诺贝尔物理奖颁发给物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov以表彰他们在石墨烯方向的开创性工作时，研究中采用的石墨烯还是用胶带在石墨上沾下来薄薄的单层原子膜。

尽管制备方法不够完善，机械剥离的石墨烯形状不可控，而且很难重复性地得到大面积的石墨烯，但是石墨烯本身独特的光电以及力学性能，让它依然迅速得到学术界的青睐。

在物理、材料以及光电等领域中，石墨烯都大放异彩：它天然的二维结构使其成为在常温下展现量子物理现象的完美平台。在化学上，石墨烯超薄的特性使其表面积远远优于常规材料，在表面化学领域也有广泛的应用。基于单层原子的特殊光电特性，使其在制备光电器件方面也引领了不少开创性的工作，比如最近麻省理工Pablo Jarillo-Herrero团队在扭转石墨烯非常规超导特性方面的研究，进一步推动了该领域的发展。

基于石墨烯的广阔前景，制备石墨烯的方法在探索中得到不断完善，近日，在清华大学孙洪波教授、吉林大学张永来教授和韩冬冬博士（通讯作者）团队带领下，吉林大学付秀燕博士（第一作者）综述报道了激光技术如何应用到石墨烯的制备上，以及石墨烯超级电容器的最新工作进展。该综述论文发表在Photonics Research 2020年第4期。

杨兰主编 华盛顿大学

储能器件在电子皮肤、传感器等智能可穿戴电子设备中起着重要的能量存储、供给作用。在储能器件中，超级电容器具有充放电速率快、功率密度高和循环稳定性强等特点。

超级电容器典型的器件结构包括电解质和电极材料。通常，电解质和电极材料被组装成平面或三明治结构。在超级电容器充放电过程中，电极-电解质界面发生了电解质离子的物理吸附/脱附或可逆的氧化还原反应。目前，研究人员在超级电容器性能提升方面的研究主要集中于高性能电极材料的设计与制备。

石墨烯具有较高的机械柔韧性、导电性和比表面积。当石墨烯作为超级电容器的电极时，有利于提高器件的性能与柔韧性，有助于超级电容器在电子皮肤、可穿戴显示器、曲面屏智能手机等领域作为高性能的储能装置。

最初，石墨烯是通过机械剥离方法制备的，由此制备的石墨烯具有超高的导电性。但是，通过机械剥离法制备的石墨烯尺寸小、形状不规则，难以直接作为超级电容器的电极。近年来，大面积石墨烯薄膜的制备技术取得了进步，如化学氧化还原法和化学气相沉积法。这两种方法已被证明可以制备高性能石墨烯超级电容器。

近年来，随着激光加工技术的突飞猛进，多种激光技术已被用于石墨烯的制备与处理。激光技术在用于石墨烯的制备与处理方面，可以有效避免传统制备方法中使用有毒还原剂、高温条件和惰性气体保护等限制。此外，激光技术还具有可编程图案化、高精密加工的能力，有利于石墨烯超级电容器的器件设计与高精度制备。因此，激光加工技术在制备石墨烯超级电容器方面具有巨大潜力。

激光技术用于制备石墨烯超级电容器

Photonics Research上发表的综述论文首先介绍了超级电容器的器件结构与工作原理，之后介绍了三种制备石墨烯的方法：激光还原氧化石墨烯、激光辅助处理化学气相沉积生长石墨烯以及激光诱导石墨烯，并举例介绍了其在超级电容器方面的应用。

随后，综述论文详细总结了激光技术用于制备石墨烯超级电容器的独特性，如：利用激光技术制备具有微纳米结构的石墨烯、石墨烯复合物、杂原子掺杂石墨烯，用作超级电容器的电极，以及利用激光技术制备微小型、可拉伸、器件集成的石墨烯超级电容器等。最后，论文指出了激光技术在制备石墨烯超级电容器的机遇和挑战，并对未来进行了展望。