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English| 發(fā)布日期：2021-01-06 |
談到石墨烯，想必大家已經(jīng)非常不陌生了，它是一種碳原子構(gòu)成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)（如下圖所示）的碳質(zhì)新材料。自2004年第一次制備得到獨立的單層石墨烯以來，眾多科學(xué)家展開了對石墨烯的研究。石墨烯真的是世界上已發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬的物質(zhì)了。據(jù)說如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯覆蓋在一個杯子上，要是想用一支鉛筆戳穿它，那必須要一頭大象站在鉛筆上！
石墨烯以其非凡的性質(zhì)在多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，例如復(fù)合材料、納電子器件領(lǐng)域、光子傳感器、超級電容器。它還可能制造出下一代超級計算機，“太空電梯”的纜線（一種聯(lián)接衛(wèi)星和地面的纜線，那時的衛(wèi)星就變成了有線的風箏）等等……
這也太炫酷了吧，難怪國內(nèi)外研究石墨烯的隊伍越來越龐大了~
在石墨烯的研究中，表征石墨烯的層數(shù)、堆垛方式、缺陷多少、邊緣結(jié)構(gòu)、張力和摻雜狀態(tài)等結(jié)構(gòu)性質(zhì)是至關(guān)重要的一部分。拉曼光譜法早已被列為石墨烯常用的表征方法之一，除此之外還有TEM、AFM、XRD，以及IR等表征方法。其實無論使用哪種方法對石墨烯的形貌和結(jié)構(gòu)進行表征都存在一定的局限性，往往需要同時使用多種方法共同表征。拉曼光譜在石墨烯表征中起到的作用是：1.表征石墨烯的層數(shù)，并且Raman在這方面具有獨特優(yōu)勢；2.能夠反映石墨烯的缺陷，這是石墨烯質(zhì)量判斷的一個關(guān)鍵指標。
下圖是一張典型的石墨烯拉曼光譜圖。
石墨烯的拉曼光譜由若干峰組成，主要為G峰，D峰以及G’峰（也被稱為2D峰）。G峰（出現(xiàn)在1580cm-1附近）是石墨烯的主要特征峰，它是由sp2碳原子的面內(nèi)振動引起的，該峰能有效反映石墨烯層數(shù)，但極易受應(yīng)力影響。D峰（出現(xiàn)在1350 cm-1左右）通常被認為是石墨烯的無序振動峰，該峰出現(xiàn)的具體位置與激光波長有關(guān)，它是由于晶格振動離開布里淵區(qū)中心引起的，用于表征石墨烯樣品中的結(jié)構(gòu)缺陷或邊緣。G’峰（出現(xiàn)在2700cm-1左右）是雙聲子共振二階拉曼峰，用于表征石墨烯樣品中碳原子的層間堆垛方式，它的出峰頻率也會受激光波長的影響。
石墨烯的拉曼光譜表征對拉曼設(shè)備也提出了較高的要求。由于石墨烯的單層厚度在原子量級，這就要求拉曼光譜設(shè)備必須要具有很高的空間分辨率，并且打在樣品表面上的激光光斑直徑要盡可能的小。如海的MR-3CHANNEL三通道微區(qū)拉曼光譜儀可以滿足上面的兩點要求，完全可用于石墨烯的表征。
MR-3CHANNEL由拉曼光譜儀、拉曼共焦模塊、顯微成像系統(tǒng)構(gòu)成，其中光譜模塊可以選擇 405nm、532nm、633nm、785nm、830nm、1064nm的激發(fā)波長，并且可在軟件上直接進行不同激發(fā)波長的切換，即可實現(xiàn)多波長拉曼的快速自動檢測。若選配自動平臺，MR系列還可以實現(xiàn)自動點掃描進行高光譜成像。
下圖展示了532nm拉曼模塊對2個不同的石墨烯樣品進行的測試結(jié)果，如下圖所示：
結(jié)果表明MR-3CHANNEL可以測得石墨烯的D峰、G峰和2D峰，且譜峰信噪比很高。此外還可以檢測出相對強度較弱的一些二階和頻與倍頻拉曼峰，如D+D’、D+D’’、2D’，這些拉曼信號通常因為信號過弱而被噪聲掩蓋，對這些弱信號進行拉曼光譜分析也可以很好地對石墨烯中的電子—電子、電子—聲子相互作用及其拉曼散射過程進行系統(tǒng)的研究。
