碳基材料是材料界中一類非常具有魅力的物質，從無定形的炭黑到晶體結構的天然層狀石墨；從零維納米結構富勒烯到一維碳納米管無不給人們帶來絢麗多彩的科學思路。而二維碳基材料石墨烯的發現，不僅極大地豐富了碳材料的家族，而且其所具有的特殊納米結構和性能，使得石墨烯無論是在理論還是實驗方面都已展示出了重大的科學意義和應用價值[1 - 3].石墨烯（graphene）是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料，雖然石墨烯只有一個碳原子厚度，并且是已知材料中最薄的一種，但是其強度比鉆石還要硬[1].石墨烯電阻率僅約10- 6‘·m,比銅和銀更低，是目前電阻率最小的材料，電阻率低，電子運動速度就快，所以石墨烯是目前已知材料中導電性能最出色的材料[2].石墨烯還具有較高的楊氏模量（ ~1100 GPa）、熱導率（ ~5000 W·m -1·K -1）、較高的載流子遷移率（2 ×105 cm2V- 1S - 1）、巨大的比表面積（理論計算 2630 m2g- 1）、鐵磁性等[4 -9]優良特性。其優異的電學、光學特性使其有望取代硅基電子器件成為新一代的優良半導體，廣泛應用于低能耗、高電子遷移率的納米光電子器件中。隨著激光光電子學的發展，基于石墨烯的光電子器件越來越受到人們的關注[10,11],所以石墨烯材料的抗激光損傷特性對基于石墨烯的激光光電子器件的開發和發展至關重要。石墨烯僅含有單層或基層碳原子層，故即使在低功率激光的輻照下也有可能產生嚴重的破壞。
本文采用化學氣化沉積法制備了單層和多層石墨烯樣品，使用 532nm 高強度激光輻照石墨烯樣本，得到了石墨烯在高強度激光作用下的損傷形貌；同時利用激光支持的爆轟波理論分析了石墨烯損傷形貌。
1 石墨烯樣本制備
本文使用的石墨烯樣本均采用化學氣化沉積法（CVD）生長在銅片上，然后機械地轉在蓋玻片或鍍有二氧化硅薄膜的硅基底上，圖 1 給出了 1 - 4 層石墨烯照片，基底為蓋玻片。為了進一步表征所制得的石墨烯樣本，將所制得的單層石墨烯樣本放入拉曼光譜儀得到其拉曼光譜如圖 2 所示。從圖 2 可以看出，石墨烯 2D 峰值強度明顯高于 G 峰值強度，這說明此石墨烯樣品為單層石墨烯。圖 2 所示拉曼光譜中還存在明顯的 D 峰，這說明此石墨烯樣品中含有明顯的缺陷。
2 石墨烯損傷實驗研究
2. 1 實驗裝置
實驗裝置如圖 3 所示，532nm 連續激光經分光鏡分光后，一部分經透鏡聚焦在石墨烯樣本表面，另一部分經一衰減片后進入光束質量分析儀，光束質量分析儀將信號送入計算機，計算機進行運算分析得出光束的空間分布。CCD 用于監測石墨烯在激光輻照下的損傷情況。透過石墨烯樣本的激光經分光片分光后一部分進入吸收池，另一部分經衰減片后進入能量計，用于監測透過 KTP 晶體的 532nm 激光的能量，能量計將測得的數據實時送到計算機，計算機根據接收的數據進行實時控制。
2. 2 實驗結果
將 532nm 連續激光聚焦到單層石墨烯樣品表面，經過一段時間連續照射后，石墨烯樣品表面即在高能激光的作用下發生損傷，將損傷的石墨烯樣品放入掃描電子顯微鏡即得到其損傷形貌，如圖 4 所示。從圖 4（a）可以看出，石墨烯樣品在激光輻照下出現了明顯的損傷痕跡，但并未出現明顯去除痕跡，損傷痕跡幾何形狀同光斑形狀相似，損傷點的中心處損傷最嚴重，損傷程度向外依次遞減。從圖 4（b）的局部損傷形貌可以看出，損傷的具體形貌成波紋層狀斷裂結構，具有明顯的燒蝕熔化特征。
3 實驗結果理論分析
當激光照射在石墨烯樣本上時，石墨烯吸收入射激光的能量發生熔融氣化，并產生高溫高壓等離子體，由于逆韌致吸收作用，高溫高壓等離子體強烈吸收后 續 激 光 能 量 形 成 激 光 支 持 的 爆 轟 波 （ LS-DW）[12 -14],高溫高壓等離子體對鄰近石墨烯表面產生巨大的溶蝕和沖擊作用，從而出現波紋狀損傷形貌。
高強度激光與物質相互作用產生的激光支持的爆轟波的壓強可以用流體力學的方法得到，其壓強表達式為[15,16]:【1】
根據公式（1），采用 matlab 模擬得到不同功率532nm 激光作用下，LSDW 產生的壓強距光束中心的關系曲線如圖 5 所示。從圖 5 可以看出，在光束的中心處 LSDW 產生的壓強最強，隨著距離的增加，LSDW產生的壓強逐漸減小。LSDW 產生的壓強不僅與距離有關，還與入射激光的功率有關，隨著入射激光功率的增加，LSDW 產生的壓強增加。激光與石墨烯相互作用時，石墨烯吸收入射激光的能量發生熔融氣化，由于逆韌致吸收產生高溫高壓等離子體，等離子體的橫向膨脹，導致石墨烯的損傷面積遠大于光斑面積，并且出現波紋狀損傷形貌。本文中采用的石墨烯樣品為單層石墨烯，只有一層碳原子組成，根據圖 2所示的拉曼光譜，可以看出，此石墨烯樣品中含有明顯的缺陷，石墨烯中的缺陷將大量吸收入射激光，導致石墨烯樣品熔融氣化，熔融氣化狀態下的石墨烯樣品在隨后產生的 LSDW 的沖擊下產生層狀斷裂。
4 結論
532nm 激光與石墨烯相互作用時，石墨烯吸收入射激光的能量產生熔融氣化，并產生高溫高壓等離子體，由于逆韌致吸收，高溫高壓等離子體大量吸收后續激光的能量產生激光支持的爆轟波（LSDW），高溫高壓等離子體的橫向膨脹導致石墨烯產生層狀斷裂。
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