拉曼光譜研究對(duì)石墨烯如此重要？

石墨烯是sp2碳原子緊密堆積形成的六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維原子晶體，是構(gòu)建其它sp2雜化碳的同素異形體的基本組成部分，可以堆垛形成三維的石墨，卷曲形成一維的碳納米管，也可以包裹形成零維的富勒烯。

石墨烯及碳同素異構(gòu)體

直到 2004 年，英國曼徹斯特大學(xué)的Geim和No voselov等使用膠帶剝離技術(shù)，才**成功地制備出了單層石墨烯，這一發(fā)現(xiàn)也推翻了科學(xué)家關(guān)于理想的二維晶體材料由于熱力學(xué)不穩(wěn)定性而不能在室溫下存在的預(yù)言。
作為一種理想的二維原子晶體 ，石墨烯具有超高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、巨大的理論比表面積、極高的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度，可望在微納電子器件、光電檢測與轉(zhuǎn)換材料、結(jié)構(gòu)和功能增強(qiáng)復(fù)合材料及儲(chǔ)能等廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

拉曼光譜的石墨烯表征

對(duì)于石墨烯的研究者來說，確定其層數(shù)以及量化無序性是至關(guān)重要的。顯微拉曼光譜恰好就是表征上述兩種性能的標(biāo)準(zhǔn)理想分析工具。石墨烯的典型拉曼光譜圖如圖所示：

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。G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面內(nèi)振動(dòng)引起的，它出現(xiàn)在1580cm^-1附近，該峰能有效反映石墨烯的層數(shù)，但極易受應(yīng)力影響。
D峰通常被認(rèn)為是石墨烯的無序振動(dòng)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(dòng)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，也被稱為2D峰，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，它的出峰頻率也受激光波長影響。舉例來說，上圖為514.5nm激光激發(fā)下單層石墨烯的典型拉曼光譜圖。其對(duì)應(yīng)的特征峰分別位于1582cm^-1附近的G峰和位于2700cm^-1左右的G'峰，如果石墨烯的邊緣較多或者含有缺陷，還會(huì)出現(xiàn)位于1350cm^-1左右的D峰，以及位于1620cm^-1附近的D'峰。單層石墨烯的G'峰尖銳而對(duì)稱，并具有**的單洛倫茲(Lorentzien)峰型。單層石墨烯的G'峰強(qiáng)度大于G峰，且隨著層數(shù)的增加，G'峰的半峰寬(FWHM: full width at half maximum)逐漸增大且向高波數(shù)位移(藍(lán)移)。

如何判斷石墨烯的質(zhì)量?

拉曼光譜在表征石墨烯材料的缺陷方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，帶有缺陷的石墨烯在1350cm^-1附近會(huì)有拉曼D峰，一般用D峰與G峰的強(qiáng)度比(ID/IG)以及G峰的半峰寬(FWHM)來表征石墨烯中的缺陷密度。

由于石墨烯的帶隙為零，通過化學(xué)修飾在sp2碳上引入sp3碳缺陷是人們打開石墨烯帶隙的重要方法之一，因而D峰也是衡量其化學(xué)修飾程度的一個(gè)重要的指標(biāo)。另外，石墨烯的層間堆垛方式、所處的環(huán)境溫度、應(yīng)力作用以及基底效應(yīng)也會(huì)反映在其拉曼光譜特征峰的變化上。

石墨烯拉曼光譜與層數(shù)的關(guān)系

上圖為1-10層石墨烯的拉曼光譜，1~4層石墨烯的G峰強(qiáng)度有所不同，且G'峰也有其各自的特征峰型以及不同的分峰方法。因此，G峰強(qiáng)度和G'峰的峰型常被用來作為石墨烯層數(shù)的判斷依據(jù)。隨著石墨烯層數(shù)超過3層時(shí)，G峰出現(xiàn)在1582 cm^-1和1598 cm^-1處，低強(qiáng)度峰的峰強(qiáng)也隨著層數(shù)的增加而增加。

SENTERRA II拉曼顯微鏡

顯微拉曼是傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡和拉曼光譜儀獨(dú)特的化學(xué)鑒別優(yōu)勢的有機(jī)組合體。這兩種分析技術(shù)本身都相當(dāng)強(qiáng)大，但將他們結(jié)合在一起之后，則可能對(duì)*小物體（> 0.5 μm）進(jìn)行化學(xué)分析，因此，這兩種技術(shù)的結(jié)合將光譜與空間信息聯(lián)系了起來。

為了獲得**和可靠的顯微拉曼測試結(jié)果，波長軸的**校準(zhǔn)至關(guān)重要。顯微拉曼的許多操作變化通常都會(huì)對(duì)波數(shù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生或多或少的不利影響。（重新）校準(zhǔn)通過測量單晶硅標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來進(jìn)行，但SENTERRA II作為一款現(xiàn)代化的顯微拉曼具備*方便智能的連續(xù)實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)功能。

SENTERRA II 技術(shù)亮點(diǎn)：

1.全自動(dòng)化的硬件
2.一鍵切換 4 個(gè)內(nèi)置激光器
3.SureCal實(shí)時(shí)校準(zhǔn)技術(shù)
4.快速3D拉曼成像
5.自定義工作流程
6.強(qiáng)大的光譜識(shí)別和分析功能
7.聯(lián)用傅立葉拉曼技術(shù)，規(guī)避熒光干擾