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飞秒激光具有超短脉宽、高能特性，在微纳加工领域具有很高的分辨率，因此激光刻蚀技术比较适合用于利用机械剥离法制备石墨烯，但采用这种方法制得的石墨烯转移到目标衬底上之后往往尺寸很小、形状不规则，且可能存在分块不连续的现象。因此可以在多个分块中选择较大的一个，并使用激光器在石墨烯片上加工图案，再使用PMMA将此石墨烯图案转移到其他衬底上。例如，南开大学刘智波等人尝试了在用机械剥离法得到的零散不规则的石墨烯薄片上加工图案并提取至目标衬底 ［206］ 。过程如图1.11所示，可以概括为如下几点：
（1）通过显微镜观察Si/SiO 2 衬底上的石墨烯碎片，选择期望的石墨烯片；
（2）通过高能飞秒激光器（约100fs，800nm）在选择的石墨烯薄片上刻蚀去除不想要的部分，得到石墨烯图案，其中激光器装载在显微镜的微机械臂上，因此可以通过控制机械臂与显微观察实现高精度加工；
（3）在样品表面旋涂（转速3000r/min，时长30s）光刻胶，并且在100℃环境下烘干2min，接下来使用激光器曝光图案区域，经过激光曝光后的光刻胶可以溶解于显影液中；
（4）将样品置于氙气灯下曝光，使得光刻胶与石墨烯表面固化，另外，在光刻胶表面继续旋涂一层PMMA，使得石墨烯图案与PMMA贴合；
（5）将整个样品置于显影液中，此时PMMA及石墨烯图案与基底脱离，最后将PMMA及有图案的石墨烯转移到新的衬底之上。
图1.11 使用高能飞秒激光器刻蚀石墨烯图案及光刻胶辅助提取图案，其中激光器装载在光学显微镜上的微机械臂上，能够达到很高的加工精度 ［206］
除了高能飞秒激光器，离子轰击手段也能够刻蚀石墨烯，使用这种方法制备石墨烯图案的效率更高，借助掩模版，首先镂空需要的图案，然后离子通过图案，将图案部分轰击刻蚀，而被遮挡的部分则保留下来。这种图案加工技术十分适用于用CVD法得到的石墨烯，因为掩模版可以与铜箔/镍箔平面贴合，露出镂空部分，从而保护了非镂空部分。主要流程如图1.12所示 ［207］ 。
（1）使用计算机建模软件绘制期望的石墨烯图案；
（2）通过激光切割技术加工高精度的掩模版，镂空期望的图案；
（3）将镂空的掩模版与用CVD法制备的石墨烯/铜箔对准；
（4）使用氧离子轰击掩模版一面，则镂空的部分离子可以直接作用于石墨烯表面，去除石墨烯，而其余部分则被掩模版保护；
（5）可以使用前文所述的卷对卷技术将铜箔上的石墨烯（已经有图案）转移到柔性衬底上。
这里需要指出的是，石墨烯的图案与建模软件设计的图案呈互补关系。
图1.12 离子刻蚀石墨烯图案的主要流程示意图，主要包含建模软件图案设计、加工掩模版、离子轰击、转移石墨烯几个步骤 ［207］
将石墨充分剥离后，与乙醇、乙烯纤维素（Ethyl Cellulose，EC）混合制成石墨烯墨水，接下来可以直接使用在喷墨打印机上。石墨烯墨水的制备方法如下 ［208］ ：
（1）将2.5g石墨鳞片加入50mL质量体积比为1%的乙烯纤维素与乙醇的溶剂中，混合溶剂放置在离心管中；
（2）经过超声波处理3h，剥离石墨鳞片获得石墨烯；
（3）使用离心机将上一步未剥离的石墨鳞片从溶液中分离，可使用两次以达到充分离心的效果。
在石墨烯墨水制备完成后，可以装载到喷墨打印机（如富士DMP-2800）上 ［209］ ，图1.13显示了使用这种技术将石墨烯打印在经过表面处理的Si/SiO 2 衬底上，石墨烯线宽大约为60μm，从图中可以看出打印出的石墨烯形态均匀、效果较好，并且可以重复打印，获得不同层数的石墨烯。
图1.13 用石墨烯墨水直接喷墨打印法在目标衬底上进行图案加工。（a）打印的多个平行的石墨烯线条；（b）单个石墨烯线条和单个点（插图）；（c）原子力显微镜观察单个石墨烯线条（反复打印10次）；（d）重复不同的打印次数对应的截面特性 ［209］
喷墨打印石墨烯还可以使用柔性衬底，如聚亚胺（俗称Kapton）。使用石墨烯墨水打印出的石墨烯电阻很低（约为4mΩ·cm），代价低、过程十分简单。除了喷墨打印，还有凹印法 ［210］ 等印刷技术应用在石墨烯图案加工中，得到的石墨烯样品的电导率约为10000S/m。
衬底加工法是通过对衬底的处理间接实现石墨烯的图案化加工（见图1.14）。主要过程是，首先利用机械切割法对金属衬底（镍或铜）进行图案化加工。然后将图案化的衬底放置到管式炉中用CVD法生长制备石墨烯。石墨烯只生长在碳源气体与金属衬底所接触的区域，因此在此图案化衬底上生长制备的石墨烯本身也具有图案化的特点。最后再经过转移技术将图案化的石墨烯转移到所需衬底上即完成整个加工过程 ［211］ 。
图1.14 用衬底加工法图案化石墨烯示意图 ［157］
衬底加工的方法将图案化加工和石墨烯生长结合在一起，不需要额外复杂的工艺，可操作性强、成本低，并可以实现大尺寸石墨烯的图案化加工。但是这种方法也有一些不足：首先，这种方法只适用于CVD法制备的石墨烯，应用范围受限；其次，CVD生长所用的金属衬底需要相互连接，因此无法对石墨烯进行分离结构的图案化加工。如图1.14所示，衬底加工法可以实现G形反结构的图案化加工。
图1.15 金属预先图案化及衬底二次加工法示意图
为了实现对石墨烯的分离型图案化（如方环、圆环、方块等周期单元）加工，作者课题组提出一种“衬底二次加工法” ［157］ 。这里以加工方环周期图案的石墨烯为例，简单介绍这种方法的加工过程（见图1.15）。首先，利用机械切割的方法在铜箔上加工相互连接的方环周期图案。然后，以此图案化的铜箔为衬底使用CVD法制备生长单层石墨烯。根据上文所述，此时生长出来的石墨烯具有相互连接的方环周期图案。然后通过热压法将图案化的石墨烯转移到PVC衬底之上。由于PVC衬底厚度可控又具有柔性等特点，可以对PVC衬底进行机械切割图案化处理。此时只需要将PVC衬底上石墨烯图案相互连接的部分切割掉，最终即可得到分离方环形周期图案的石墨烯。这种方法打破了以前大面积石墨烯只能进行反结构图案化加工的束缚，为石墨烯进一步广泛应用到微波、毫米波器件铺平了道路。