显微拉曼在石墨烯中的应用

【概述】石墨烯是目前发现的强度大、导电导热性能强的一种新型纳米材料。石墨烯物理性质研究和器件应用的快速发展对材料的制备和表征提出了新的要求，自从石墨烯发现以来，各种表征方法被广泛地用于石墨烯材料的研究。

拉曼光谱是一种快速无损的表征材料晶体结构、电子能带结构、声子能量色散和电子-声子耦合的重要的技术手段，具有较高的分辨率，是富勒烯、碳纳米管、金刚石研究中受欢迎的表征技术之一，在碳材料的发展历程中起到了至关重要的作用。利用拉曼分析我们可以判断石墨烯层数、堆落方式、权限、边缘结构、张力和掺杂状态等结构和性质。

就石墨烯材料及其器件的研究而言，鉴别 石墨烯层数 以及量化其无序性的影响是至关重要的，而显微 拉曼光谱，是用于表征上述两种性能的便捷又可行的方法。

 

 

【多层石墨烯的拉曼光谱表征实验设备】 样品：多层石墨烯薄膜，按照边缘、中间区域检测多个采样点。 试验设备：显微拉曼光谱仪系统（广州市明美光电技术有限公司）；激光器波长为532nm；光谱仪狭缝宽度为50um，积分时间为1ms～65s，40X物镜。

【样品 & 测试】 石墨烯的拉曼光谱中，主要包含 G 峰（1580cmˉ¹ 附近）、G′ 峰（2700cmˉ¹ 附近）以及 D 峰（1350cmˉ¹ 波数附近），其中，G 峰和 G′ 峰可以用于表征石墨烯的层数。

 

 

G 峰可以有效的反映石墨烯层数，随着层数的增加，G 峰的峰位会向低频移动。单洛伦茨峰型的二阶拉曼峰（G′ 峰）是判定单层石墨烯简单而有效的方法，但当层数大于 1 时，石墨烯层数与 G′ 峰的关系会变得比较复杂。 拉曼光谱在表征石墨烯材料的缺陷方面具有独特的优势，带有缺陷的石墨烯在1350cm-1附近会有拉曼D峰，一般用D峰与G峰的强度比（ID/IG）以及G峰的半峰宽（FWHM）来表征石墨烯中的缺陷密度。D峰强度越高则其中sp3键等缺陷越多。D、G峰的面积之比D/G随着芳香环数的增多而增多，D/G越大，杂质浓度越高。

 

 

显微拉曼系统，由光纤光谱仪、拉曼稳谱激光器、拉曼探头、LED光源、显微镜等部分构成，通过把光谱模块集成到显微镜上，实现拉曼光谱信息的测量。系统自由灵活，具备对微小区域实时成像和采集该区域物体拉曼光谱的能力，帮助用户快速对样品微观结构，微观光谱信息的测试和分析。

【总结】 拉曼光谱是表征石墨烯层数的一种无损且有效的手段，石墨烯拉曼光谱的峰位、形状以及宽度与其层数相关。由于石墨烯“薄”的特性，常规拉曼光谱仪在检测其拉曼信号时，易引入基底的影响，从而导致石墨烯本身拉曼信号被湮灭。广州明美公司显微拉曼光谱，可以有效的规避基底信号对石墨烯拉曼信号的影响，获取更加干净的石墨烯拉曼光谱，从而对石墨烯层数进行表征。