氧化石墨烯（GO）是制備導(dǎo)電還原氧化石墨烯（rGO）的重要前驅(qū)體，在柔性電子、儲(chǔ)能等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。激光還原因無(wú)掩模、局部精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)成為 GO 圖案化關(guān)鍵技術(shù)，但傳統(tǒng)方法難以實(shí)時(shí)觀察還原過(guò)程，制約機(jī)理研究與工藝調(diào)控。下文，光子灣科技將詳解基于共聚焦顯微鏡（CLSM）的原位多模態(tài)表征與激光還原集成方法。

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氧化石墨烯（GO）薄片的多模態(tài)共聚焦成像

通過(guò)旋涂法制備GO薄膜，利用共聚焦顯微鏡進(jìn)行透射、反射與熒光多模態(tài)成像。透射模式下，GO因吸光呈現(xiàn)暗色；反射模式下則因折射率差異形成清晰對(duì)比；熒光成像則基于GO在可見光區(qū)的微弱發(fā)光特性。共聚焦顯微鏡的多模態(tài)成像不僅提供高對(duì)比度與大范圍觀測(cè)能力，還可清晰分辨GO薄片的分布與結(jié)構(gòu)特征，為后續(xù)還原過(guò)程監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

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原位激光還原與大范圍實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

a.石墨烯片的透射模式光學(xué)圖像。b.共焦反射模式圖像（激光功率3.4%，從三維堆疊中獲取最大投影）。C.二氧化碳薄膜的光致發(fā)光圖像（激光功率64%）。比例尺：20 微米。

研究采用共聚焦顯微鏡內(nèi)置的488 nm激光進(jìn)行光熱還原，同時(shí)利用405 nm激光（3.4%功率）進(jìn)行高分辨率透射/反射成像，實(shí)現(xiàn)還原過(guò)程的原位追蹤。熒光信號(hào)隨掃描次數(shù)增加而逐漸減弱，表明GO向rGO的轉(zhuǎn)化。透射圖像中GO區(qū)域逐漸變暗，反射圖像中部分薄片因折射率增加而變亮，表面也出現(xiàn)因粗糙化導(dǎo)致的暗點(diǎn)。通過(guò)共聚焦顯微鏡圖像分析，量化了各像素點(diǎn)的相對(duì)還原程度，并發(fā)現(xiàn)還原行為與GO薄片厚度密切相關(guān)：厚層GO在首次掃描后即快速還原，隨后出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象；薄層GO則呈現(xiàn)逐步還原與區(qū)域擴(kuò)展的過(guò)程。

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高倍率下單層GO還原過(guò)程追蹤

a.不同次數(shù)激光縮減掃描后獲得的代表性透射模式圖像。b.對(duì)應(yīng)的百分比轉(zhuǎn)換色圖，顯示基于a中透射顯微照片計(jì)算的相對(duì)縮減程度。

通過(guò)共聚焦顯微鏡高倍物鏡對(duì)單層GO薄片進(jìn)行還原過(guò)程追蹤。厚層GO在數(shù)次掃描后出現(xiàn)明顯吸光增強(qiáng)，隨后逐漸形成多孔結(jié)構(gòu)；薄層GO則表現(xiàn)為透射率平穩(wěn)下降，無(wú)結(jié)構(gòu)損傷。共聚焦顯微鏡反射成像進(jìn)一步證實(shí)還原過(guò)程中表面形貌的變化，包括粗糙化與孔隙形成。該結(jié)果與大范圍統(tǒng)計(jì)觀察一致，支持光熱還原機(jī)制及其對(duì)厚度的依賴性。

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激光還原氧化石墨烯（GO）的微觀結(jié)構(gòu)

激光還原區(qū)邊界處GO和rGO的掃描電子顯微鏡圖像

利用掃描電子顯微鏡觀察激光還原區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，可見GO與rGO邊界清晰。rGO區(qū)域呈現(xiàn)疏松、粗糙的石墨狀結(jié)構(gòu)，與原始GO的光滑表面形成對(duì)比。部分區(qū)域出現(xiàn)裂紋，歸因于激光局域熱應(yīng)力。拉曼光譜顯示，rGO區(qū)域的D/G峰強(qiáng)度比增加，表明缺陷結(jié)構(gòu)增多，與還原過(guò)程中碳骨架重組與氣體逸出有關(guān)。

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多尺度圖案化能力展示

共聚焦顯微鏡系統(tǒng)具備從毫米至亞微米尺度的圖案化能力。通過(guò)其圖像拼接功能實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)圖案加工；利用高倍物鏡與數(shù)字變焦，在單個(gè)GO薄片上實(shí)現(xiàn)微米級(jí)選擇性還原；通過(guò)線掃描模式，制備出線寬約530 nm的rGO導(dǎo)線，接近所用激光波長(zhǎng)極限。該分辨率與以往需使用超快脈沖激光的系統(tǒng)相當(dāng)，體現(xiàn)了共聚焦顯微鏡在低功率連續(xù)激光下的高精度加工優(yōu)勢(shì)。

本研究成功將共聚焦顯微鏡用于GO的原位多模態(tài)表征與激光還原圖案化。共聚焦顯微鏡系統(tǒng)整合了成像與加工功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)還原過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)與定量解析，揭示了還原行為對(duì)薄片厚度的依賴性。該方法在低功率（<5 mW）連續(xù)激光下實(shí)現(xiàn)了高分辨率（530 nm）圖案化，并制備出具有良好導(dǎo)電性（1.4×103 S·m?1）的rGO結(jié)構(gòu)，為石墨烯基材料的可控制備與器件集成提供了高效、靈活的原位研究平臺(tái)。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

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超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測(cè)量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動(dòng)多領(lǐng)域技術(shù)升級(jí)的重要光學(xué)測(cè)量工具。

#共聚焦顯微鏡#掃描成像#3d顯微鏡#表面粗糙度#三維成像

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