激光加工是利用激光束与物质相互作用对材料进行切割、焊接、表面处理及化学改性。早在20世纪60年代，人们就开始利用激光对材料进行加工，但是由于早期激光脉冲较长，其照射到材料表面时，材料分子与光子发生相互作用会引发热效应的产生。热效应的存在会使材料吸收的光能量扩散到附近区域，导致加工区域周围受到不同程度的损伤。飞秒激光的出现很好地解决了上述问题，由于飞秒激光具有脉宽超短、峰值功率和聚焦功率密度超高的特点，当激光束照射到材料表面时，通过材料对光子的线性吸收，可以将目标区域的材料逐步熔化而蒸发去除，进而实现高精度图案化制备。

激光切割加工技术可应用于石墨烯的图案化。利用激光束与石墨烯之间相互作用可以对特定区域石墨烯进行切割，超高峰值功率和超短辐照周期可以引起一种平衡效应，在晶格变化前使光子-电子耦合，从而导致热影响区和热损伤的最小化。同时，通过振镜可使飞秒激光按照任意图案轨迹快速移动，改变振镜的扫描轨迹即可获得任意的石墨烯图案。图5-17给出了利用飞秒激光加工石墨烯图案的基本工艺流程图。首先在铜箔上生长单层石墨烯[图5-17（a）]；然后用聚焦的飞秒激光对石墨烯进行刻蚀[图5-17（b）]，通过对扫描轨迹的控制而灵活加工任意结构的石墨烯；接下来是石墨烯图案的转移过程，在成形的石墨烯/铜基底上旋涂PMMA（或PDMS）[图5-17（c）]，用铜蚀刻剂将铜去掉[图5-17（d）]或转移到其他任意基底上[图5-17（e，f）]。因而，使用飞秒激光加工方法可以实现任意基底、不同精细度（几十微米到几百纳米）、任意石墨烯图案结构的加工，其具有结构灵活、操作简单、非接触、无污染等优势。

图5-17　飞秒激光加工石墨烯图形工艺流程图

目前，利用飞秒激光进行石墨烯的直接图案化已经被广泛研究，石墨烯图案尺寸和结构也不断向更加精细化的方向发展。图5-18（a）展示了科研人员利用该方法进行石墨烯图案化的部分实验结果。由图5-18（b）可以看出，利用飞秒激光可以实现5μm线宽石墨烯纳米带的精确刻蚀，其纳米带的宽度可以通过激光能量及刻蚀过程中的预编程进行有效控制。据报道，利用飞秒激光加工得到的石墨烯的最小沟道宽度可达492nm。在此基础上，通过采用不同的刻蚀参数可以在不同基底上构筑复杂的石墨烯纳米图案。此外，对飞秒激光通量和脉冲数量进行控制，可以精确地控制石墨烯结构的大小和形状，实现多层石墨烯的逐层刻蚀，其具体流程如图5-18（c）所示。利用该方法成功在石墨烯薄膜上实现大面积3D玫瑰状微细花样图案的制作，实验结果如图5-18（d，e）所示，这意味着该方法在复杂结构石墨烯图案的制作方面具有极大潜力，加速了石墨烯在光电传感和微电子领域的应用研究。然而，由于激光的能量大且较难控制，所以在图案化的过程中会导致石墨烯纳米带边缘缺陷较大，这也是限制该方法进一步应用的重要因素。(www.daowen.com)

图5-18　激光直接刻蚀石墨烯流程及实验结果图

（a）激光刻蚀单层石墨烯薄膜工作原理图；（b）激光刻蚀获得石墨烯纳米带SEM图；（c）激光对多层石墨烯逐层刻蚀流程图；（d，e）3D玫瑰状微细石墨烯图案拉曼图