拉曼光谱在石墨烯表征中的应用-Horiba.PDFVIP

拉曼光谱在石墨烯表征中的应用 石墨烯是由高度结晶态石墨单层组成的一种高等新型材料，首次报导于 2004 年的 《科学》杂志上。它是构建其它碳同素异形体（如富勒烯、碳纳米管或石墨）的基本 单元（图 1）。石墨烯是由英国曼彻斯特大学物理系和俄罗斯琴诺格洛夫微电子科技研 究所合作首次分离出来的。它具有优异的电子传输性能，其室温下的电子迁移速率高 2 -1 -1 达 15000 cm V s ，因而是未来纳米电子器件的理想材料。 单层石墨烯 富勒烯 碳纳米管 石墨 [1] 图 1 石墨烯是构建多种碳同素异形体（如富勒烯、碳纳米管及石墨）的基本单元 石墨烯具有优异的机械强度和热导率，其机械强度比钢铁高出 200 多倍。研制出 运行速度高达太赫兹的新一代超高速纳米晶体管是石墨烯研究中的一个热门领域。由 于特殊的尺寸和光学性质，石墨烯在绝大多数衬底上都很难观察到。 对于石墨烯器件研究来说，确定石墨烯层数以及缺陷对其特性的影响是至关重要 的。事实证明，显微拉曼光谱是表征石墨烯上述两种特性的简单可靠方法。拉曼光谱 对物质的结构敏感，它的高光谱分辨率和高空间分辨率以及无损分析等特征使其成为 石墨烯领域标准而理想的分析工具。 石墨烯的拉曼光谱 石墨烯的拉曼谱图是由若干谱峰组成的，如图 2 所示。对这些拉曼谱峰已有较为 准确的表征和理解。以下将对每个谱峰进行具体解析。 1 1) G 峰 -1 石墨烯的主要特征峰，即 G 峰，是由碳原子的面内振动引起的，它出现在 1580cm 附近（如图2 ）。该峰对应力影响非常敏感，并能有效反映石墨烯层数。 2D峰 G峰 D峰 图2：石墨烯的拉曼光谱 [2] 随着石墨烯层数n 的增加，G 峰位置会向低波数移动，其位移与 1/n 相关 （图3）。 G 峰的形状没有显著变化（尽管 G 峰易受石墨烯层数影响，但用 2D 峰来表征石墨烯 更为可取，其原因将在后面解释）。 [3] 此外，G 峰容易受掺杂影响，其峰位与峰宽可用于分析掺杂水平 。 单层 双层 石墨 图 3 常用于表征石墨烯片层数的 G 峰和 2D 峰 2 2) D 峰 -1 （见图2 ，具 D 峰通常被认