以表面等离子体共振技术研究石墨烯杂化及其光学性质

石墨烯表面等离激元石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶体结构材料，它具有许多独特的物理和化学性质。

在石墨烯表面上，可以发生一种特殊的现象，称为等离激元。

等离激元是光与电子在金属或半导体表面上共振耦合的一种现象。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域中具有广泛的应用前景。

石墨烯表面的等离激元可以通过激发表面等离子体来实现。

当光射入石墨烯表面时，它会与表面上的电子相互作用，激发出等离子体波。

这种等离子体波可以在石墨烯表面上传播，并与光场相互作用。

这种相互作用可以导致光的局域化和增强，从而增加光与物质的相互作用强度。

这对于光电子学、传感器、光学器件等领域具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于表面增强拉曼散射（SERS）技术。

SERS技术是一种能够增强物质的拉曼散射信号的技术，可以用来检测微量的物质。

石墨烯表面的等离激元可以增强拉曼散射信号，使得SERS技术更加灵敏和可靠。

这对于生物医学、环境监测和食品安全等领域的应用具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于太阳能电池。

等离激元可以将光能转化为电能，从而提高太阳能电池的效率。

石墨烯作为一种优良的电导体，可以用于制备高效的太阳能电池。

石墨烯表面的等离激元可以增强太阳能电池对光的吸收和转化效率，从而提高太阳能电池的性能。

除了上述应用外，石墨烯表面的等离激元还可以用于纳米光子学、光子晶体和光学超材料等领域。

石墨烯的二维结构和优异的电子输运性质为等离激元的研究和应用提供了良好的平台。

石墨烯表面的等离激元可以用于设计和制备新型的光学器件和纳米材料，具有潜在的突破性应用。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。

它可以用于光电子学、传感器、光学器件、SERS技术、太阳能电池、纳米光子学和光学超材料等领域。

通过研究和应用石墨烯表面的等离激元，我们可以深入理解光与物质的相互作用，推动材料科学和光学技术的发展。

探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是由碳原子构成的二维晶体材料，其具有独特的物理和化学性质，因此在科学研究和工业应用中引起了广泛的关注。

石墨烯的表面改性是指通过对石墨烯表面进行化学修饰或物理处理，改变其表面性质和功能。

石墨烯的表面改性主要包括化学修饰和物理处理两种方法。

化学修饰是利用化学反应将分子或原子与石墨烯表面进行连接或覆盖，改变其表面性质和功能。

常用的化学修饰方法有氧化、还原、硝化等。

通过氧化可以在石墨烯表面引入羟基或羧基，使其具有良好的亲水性，从而提高石墨烯在涂层材料中的分散性和润湿性。

化学修饰还可以引入活性基团，使石墨烯具有更多的官能团，进而与其他物质发生化学反应，实现多种功能的引入。

物理处理是通过物理手段改变石墨烯表面的形貌和结构，从而改变其表面性质和功能。

常用的物理处理方法有热处理、等离子体处理等。

通过高温热处理可以使石墨烯表面形成缺陷和杂质，从而增加石墨烯的化学反应活性和催化性能。

等离子体处理可以在石墨烯表面引入氨基、羟基等官能团，增加其在涂层中的粘附性和耐久性。

石墨烯的表面改性在涂层中具有广泛的应用前景。

石墨烯具有极高的比表面积和导电性，可以增加涂层的阻隔性能和导电性能。

石墨烯具有优异的机械性能和化学稳定性，可以提高涂层的硬度和耐腐蚀性。

石墨烯还具有良好的光学性质和热导性能，可以改善涂层的透明性和导热性能。

石墨烯在涂层中的应用主要涉及领域包括电子器件、太阳能电池、防腐涂料等。

石墨烯可以作为电子器件的导电层，提高电子器件的导电性能和稳定性。

石墨烯可以作为太阳能电池的透明导电层，提高太阳能电池的能量转化效率。

石墨烯还可以用于制备具有优异防腐性能的涂料，提高金属材料的耐腐蚀性和保护性。

石墨烯的表面改性可以通过化学修饰和物理处理两种方法实现，其在涂层材料中具有广泛的应用潜力。

随着对石墨烯材料性质的深入研究和技术的不断突破，石墨烯涂层材料将会有更广泛的应用前景。

① 石墨烯与等离子体纳米结构相结合
使光集中用于等离子体共振，从而使局部电场得到显著增强。在量子效 率方面得到巨大提高。但也会导致可操作宽带的范围减少。
② 整合量子点和石墨烯
用胶体量子点覆盖石墨烯可以获得具有能够获得具有 108 电子/光子的的超高光电探测和 107AW-1 的光响应的光电探测器。但由于需要长时间产生增益， 它们的运算速度也很低。
石墨烯等离激元学
由于石墨烯同时具有高的载流子迁移率和高导电性，它也成为了一种极具前 景的太赫兹到中红外等离子体器件应用的候选材料。等离子体具有高局域场 强度，广泛用于包括光学天线，近场光学显微镜，化学和生物传感器和亚波 长光学器件等。和传统等离子材料相比具有以下优点： ① 可以通过化学掺杂和门电压调控。 ② 具有更强的局域性 ③ 低损耗和长寿命 ④ 结晶度
过渡金属二硫化物光子学
过渡金属二硫化物(TMDCs)是化学公式为MX2的材料，M代表Mo、W、Nb、Re 这一类元素，X是硫元素。
TMDCs的层间相互作用是弱范德华力，而平面成键是强共价键。因此TMDCs 可以被剥离到类似石墨烯的薄膜结构，显著地扩展了二维材料的材料库。一 些二维的TMDCs，如钼和钨的硫化物，在多层的形式中有间接带隙，而在它们 的单层形式中成为直接带隙半导体。他们相当大的和可调带隙，不仅仅能产 生强的光致发光，也能打开像光电探测器，能量收集器，电致发光等光电器 件的大门。而且不同于石墨烯基器件，他具有可操作的光谱范围。另外，在 一些二维的TMDCs中已经证明了的奇异光学性质，如谷相干和谷选择性的圆二 色性，使这些材料非常有希望发现新的物理现象。
① 光与石墨烯的相互作用从能带跃迁的角度主要有两种：带间跃迁和带内跃 迁。远红外和太赫兹光谱区为带内跃迁，近红外及可见光光谱区主要是带 间跃迁；

表面等离子体共振技术在光催化和光子学中的应用指南引言：近年来，随着纳米科技的快速发展，表面等离子体共振技术成为了光催化和光子学领域中备受关注的研究方向。

表面等离子体共振技术通过操纵光与物质的相互作用，能够实现更高效的能量传递和光信号调控，为光催化和光子学的应用带来了新的突破。

本文将重点探讨表面等离子体共振技术在这两个领域的应用，以及未来可能的发展方向。

1. 表面等离子体共振技术的基本原理表面等离子体共振是指当光与表面上的金属纳米结构相互作用时，产生共振现象。

这种现象可以通过光的吸收和发射来实现表面等离子体的激发和激发的耗尽。

表面等离子体共振技术在光催化和光子学中的应用主要基于以下几个原理：增强光场强度、改变光的传播速度、增加光与物质的相互作用距离。

2. 表面等离子体共振技术在光催化领域的应用2.1 表面等离子体共振增强光催化活性表面等离子体共振技术可以通过调控金属纳米结构的形状和尺寸，实现光场的增强，从而增强光催化剂的活性。

例如，通过控制金纳米颗粒的粒径、形状和空间间距，可以调控其表面等离子体谐振频率，从而实现对光催化活性的增强。

此外，通过引入表面等离子体共振材料的纳米结构，还可以实现阳光下可见光催化反应的高效转化。

这些研究为光催化反应的实际应用提供了新的思路和方法。

2.2 表面等离子体共振调控光催化反应动力学表面等离子体共振技术还可以通过调控金属纳米结构的等离子体共振频率和强度，实现对光催化反应动力学的调控。

例如，在可见光催化反应中，通过调控表面等离子体谐振频率和强度，可以实现可见光催化活性氧种类的选择性调控，从而优化光催化反应的速率和选择性。

这种调控方式可以通过纳米结构的设计和金属纳米材料的选择来实现。

3. 表面等离子体共振技术在光子学领域的应用3.1 表面等离子体共振激发光子模式表面等离子体共振技术可以实现对金属纳米结构中的光子模式的精确操控。

通过调控金属纳米结构的形状、尺寸和空间间距，可以实现对表面等离子体共振光子模式的激发和调控。

1 石墨烯电子能带结构所带来的性质石墨烯是零带系半导体，其能带结构在K空间成对顶的双锥形，费米面在迪拉克点之上，石墨烯为n型，费米面在狄拉克点以下为p型。

由于其能带结构的特殊性，在狄拉克点处的电子态密度很低，对于费米面在狄拉克点附近的高质量石墨烯，通过简单的掺杂或用栅压调控，就可以使其费米面有很大幅度的移动，从而很容易用人工的方法制作出石墨烯的p-n结结构。

而该结构是太阳能电池材料所必需的条件。

2、石墨烯对红外光的高透过性石墨烯对光的透过率可达到97.7%以上，使其成为太阳能电池电极材料的很好选择。

现在太阳能电池的透过效率不好原因是太阳能电池上层电极对太阳光中的红外部分吸收十分严重，而红外部分又是太阳光能量的一个集中区，所以影响了下方的光伏材料获得的光的强度。

而石墨烯对红外的透过性非常好，用石墨烯带作为太阳能电极材料，可大幅度提高转化效率。

3、石墨烯中的高载流子迁移率石墨烯中的电子的迁移率大约是硅的100倍，而电导率是与迁移率和载流子浓度乘积成正比，而材料的透光性能又通常和载流子浓度成反比。

一般材料如果对光的透过性很好，那么它的载流子浓度就很低，而通常迁移率也很低，从而导电率也很差，这也是目前为什么太阳能透明电极没有很好性能的原因。

而石墨烯这种新材料，它的载流子迁移率如此之高，即使在载流子浓度很低时（透光性很好），也能保证两者乘积很客观，有很好的导电性。

这也进一步解释了石墨烯适合用于太阳能电池电极的原因。

4、石墨烯中的光激发电子-空穴对的产生消失时间石墨中的电子式狄拉克电子，速度接近光速三分之一，室温下传导电子比任何其他已知导体要快，所以被光激发出的电子-空穴对可以快速形成电流，同理在撤去光源后也可以迅速消失。

基于石墨烯的光伏器件对光的响应目前在实验室中已达到THz，成为超快光电探测器的候选材料5、石墨烯的热载流子效应石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室温和普通光照射下，就可以发生热载流子效应，产生电流。

微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【摘要】Due to itsadvantages by low-temperature growth, a widely selection of the substrate materials and easily doped, microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD)is the first choice of the grapheme prepration by large area、high speed、high quality.The several main CVD methods for synthesizinggrapheme are compared.It found out that MPCVD has clear superiority.Then the study of graphene prepared by MPCVD is stly the application of graphene pre-pared by MPCVD is introduced and also the development trend of graphene prepared by MPCVD is prospected .%微波等离子体化学气相沉积（ MPCVD）法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点，是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。

首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势，然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究，最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。

【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】9页(P63-70,76)【关键词】微波等离子体化学气相沉积;石墨烯;研究;应用【作者】涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【作者单位】武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】O4840 引言2004年，英国曼彻斯特大学的K．S．Novoselov等［1］采用微机械剥离法利用特殊胶带剥离高定向热解石墨(HOPG)首次获得了独立存在的高质量单层石墨烯。

石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究石墨烯是一种在近年来备受瞩目的纳米材料，它具有极高的导电性和热导性，在电子学、能源存储和光学应用等领域展现出了巨大的潜力。

其中，石墨烯在光学方面的研究尤为重要。

石墨烯具有单原子厚度和大的比表面积，这使得它在光学上具有一些独特的性质。

首先，石墨烯对光的吸收非常高效。

由于其单原子厚度，光可以直接进入石墨烯中，并被其高度导电性的碳原子吸收。

此外，石墨烯的大比表面积也使得它能够捕获更多的光子能量。

因此，石墨烯具有极高的光吸收率，是一种非常有效的光吸收材料。

其次，石墨烯还表现出了一些其他的光学性质。

例如，石墨烯具有非常强的光散射能力。

当光通过石墨烯时，它会与石墨烯中的电子相互作用，并发生散射。

这种散射效应可以用来制备透明导电薄膜。

石墨烯的高光学透射率和导电性使得它非常适合用于光电子器件的制备。

此外，石墨烯还具有可调节的光学性质。

通过控制石墨烯的厚度和物理结构，可以调控其吸收和散射光的波长范围。

这为石墨烯在光学器件中的应用提供了更大的灵活性。

例如，石墨烯可以被用作可调谐滤光器，通过调节外界电场来改变其吸收和透射光的波长。

这种可调节性使得石墨烯在光通信和光传感器等领域有着广阔的应用前景。

对于石墨烯纳米材料的光吸收和光学性质研究，科学家们已经取得了一系列的重要突破。

例如，研究人员发现，在石墨烯和其他二维材料的异质结构中，可以产生新的光学效应。

此外，通过利用局域表面等离子体共振效应，可以进一步增强石墨烯的光吸收能力。

这些研究不仅深化了对石墨烯的理解，还为其在光学器件领域的应用开辟了新的可能性。

尽管石墨烯在光学方面展现出了巨大的潜力，但在其应用过程中也存在一些挑战。

例如，石墨烯的制备和操控依然面临一定的难题。

目前，大规模制备高质量的单层石墨烯仍然是一个挑战。

此外，石墨烯的光学性质也需要更深入的研究和理解，以实现其在实际应用中的最大化利用。

总之，石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质的研究是一个重要的课题。

表面等离子激元在石墨烯上的基础性质和物理浅析摘要：表面等离子激元在石墨烯有许多有趣的基础性质和存在巨大的潜在应用。

它们可以再亚波长范围内很好的限制电磁场的能量，并且可以通过栅极电压调控。

它们的频率可以从太赫兹跨度到红外甚至到可见光范围。

这是对现有石墨烯等离激元知识的一个综述，其中特殊强调了等离子体光学损失和不同衰减通道的比较，这些都是现在还没有完全搞清楚的。

最后我们会概述石墨烯等离激元元的潜在应用。

1、简介近些年，平面波导和光子晶体技术取得了很大的进展，打开了通往制造新型的、更有效率的、小型化的光学器件的道路。

光可以在成千上万太赫兹的频率上传播，伴随着大的带宽和低损耗，因此现有的在千兆赫兹频率上运行的光限制了电子设备的发展。

然而对于光学器件小型化的限制来自于衍射极限的限制。

为了使光学器件突破这种极限从而制造一种纳米光子器件，使它能在大宽带近红外或者可见光下运行，需要在衍射极限先对电磁场进行很好的调控。

一条可能是唯一的能制备纳米光学器件的途径是等离子激元的激发，这也是正在兴起的研究领域：等离子体光子学。

实际上，根据系统的形态和维度可以有很多种等离激元激发。

体状的等离激元是导体内电子的集体激发，然而它们并不是光子学的研究对象。

等离子体光子学是建立在表面等离子激元极化子——电磁波受限于导体—电介质界面间上的。

这种波长比在空气中的同种频率的波长要短得多，这使在纳米范围内调控光成为可能，也就打破了衍射极限。

然而，现今很没有找到一个很好的能够限制电磁能并且低能损的等离激元材料。

石墨烯拥有特殊的电学、光学、机械性质，使得石墨烯等离激元有大量的研究。

石墨烯是一层2维的蜂窝状排列的碳碳原子层。

它可以通过外部的栅极电压来控制电子和空穴的多少，这是一个很吸引人的光学特性。

石墨烯的表面等离子激元吸引了众多的关注。

一个主要的原因是石墨烯的一些性质，例如分散性和电子—空穴对激发的内带损耗可以通过外部栅极电压调控。

石墨烯上表面等离子激元效应存在的实验证据最先来自电子能量损失谱。

太赫兹辐射技术在材料研究中的应用太赫兹辐射技术可以用来探测物质的特定结构和动态过程，因此被广泛用于材料科学中。

在材料研究领域，太赫兹辐射技术的应用十分广泛，譬如：表面等离子体激元（surface plasmon polaritons, SPPs）研究、非平衡态动力学研究、新型材料探测及特性分析、生物医学感知等等。

本文将就太赫兹辐射技术在材料科学领域具体的应用进行详细讲解。

1. 表面等离子体激元研究表面等离子体激元，是指当电磁波射入金属表面时，比较特殊的光与金属表面的电荷波动相互作用所产生的一种共振现象。

这种共振现象产生的电场和电荷密度会导致光场局限在表面附近，使得光在表面上的传输受到约束。

太赫兹波与物质相互作用的区域比较浅，与表面等离子体激元的空间范围匹配，因此太赫兹辐射适用于 SPPs 的研究。

太赫兹辐射能够在监测 SPPs 的介电函数等物性基本参数的同时，探测到SPPs的角频率、生命时间和衰减长度等参数。

因此太赫兹辐射技术可以用于制备新型表面等离子体光学元件，现代微型光子学与传感器领域将是太赫兹光学技术的新兴市场。

2. 非平衡态动力学研究非平衡态动力学是物理学中一门复杂的研究系统的学科，在材料科学中十分重要。

这个领域的典型应用包括光电转换性能、光电器件性能研究以及光驱动快速相变等。

由于太赫兹光可以在光学瞬间敏感的时域尺度下观察这些动态过程，它是非平衡态动力学的理想光谱区域。

与传统的光学谱技术相比，太赫兹光谱可以使用相同的光源产生多种脉冲宽度的光，也可以很便利地引入外界磁场，并且光源的光子能量与样品的能级结构相当一致，因此可以有效地研究样品的特定量子现象以及非平衡态动力学特定过程。

3. 新型材料探测及特性分析太赫兹辐射技术被广泛应用于全新材料的探索和开发。

在新型材料分子的结构和动态过程研究中，太赫兹辐射技术往往被作为工具进行开发。

利用太赫兹光学技术可以在时间域内可视化瞬态变化，以及探测短时态光强敏感过程，从而探究物质的特殊性质。

表面等离子体共振效应表面等离子体共振效应是一种物理现象，指的是当光线照射到特定材料的表面时，由于表面的电子与光子发生共振，导致光的吸收或散射现象。

这一效应在光学、纳米科技和传感器等领域有广泛的应用和研究。

表面等离子体共振效应的产生与材料的电子结构有关。

当光线照射到材料表面时，光子的能量可以被表面的自由电子吸收。

如果光的频率与表面电子的共振频率相匹配，共振现象就会发生。

在共振状态下，光的能量被电子吸收，使得电子从基态跃迁到激发态，同时光的传播也受到电子的耗散和散射影响。

表面等离子体共振效应的发生与材料的光学性质密切相关。

常见的表面等离子体共振材料包括金属纳米粒子、金属薄膜和光子晶体等。

其中，金属纳米粒子由于其尺寸效应和量子效应的影响，具有较高的表面等离子体共振效应。

金属薄膜由于其导电性和反射率的特点，也常被用于表面等离子体共振研究。

光子晶体则是一种具有周期性结构的材料，通过调控其结构参数可以实现对光的调控和控制。

表面等离子体共振效应在光学领域有着广泛的应用。

一方面，通过调控材料的结构和光的频率，可以实现对光的吸收、透射和散射的调控，从而实现对光的传播和控制。

这种调控可以应用于光学器件、光学传感器、光子学芯片等领域。

另一方面，表面等离子体共振效应还可以用于增强光与物质的相互作用，提高传感器的灵敏度和检测限。

例如，利用表面等离子体共振效应可以实现对生物分子的检测和分析，应用于生物医学和生物传感器领域。

除了光学领域，表面等离子体共振效应还在纳米科技领域有重要应用。

通过利用表面等离子体共振效应，可以实现对纳米结构的控制和调控。

例如，在纳米材料的合成、纳米器件的制备和纳米加工等方面，表面等离子体共振效应都发挥着重要的作用。

此外，表面等离子体共振效应还可以用于纳米颗粒的聚集和自组装，从而实现对纳米结构的精确控制和调控。

表面等离子体共振效应是一种重要的物理现象，具有广泛的应用前景。

通过对材料结构和光学性质的调控，可以实现对光的传播和控制，应用于光学器件、传感器、纳米科技等领域。

3、显示器和光线发射器
所谓液晶显示器是通过运用载玻片分离的石墨烯作为透明导体的。这类石墨烯的阻值较低，电子的传输率也高達百分之九十八。在相同的阻值条件下的其他材料薄膜传输率为百分之九十五左右。发光的二极管和其他的光电设备是一样的，都采用了石墨烯作为透明灵活的电极。有机的发光二极管作为显示器中最新的商业技术包含带电致使发光聚合物活跃的性质。作为显示器中最新的商业技术，有机的发光二极管可以用作超薄的显示屏。同时许多发光的装置都利用了碳基的透明薄膜。而石墨烯作为阴极或者阳极在经过等电子体处理之后可以进行发光。
4、触摸屏
当前众多手机和数码相机的屏幕都是触摸屏，并且要求屏幕有快速和直观的反应。触摸屏主要由电阻和电容式两种形式组成。前者主要包括导电衬底以及液晶装置面板、透明导体薄膜。在实际操作的时候需要将面板的薄膜于底部进行接触，通过测算阻力数值进行接触点位置的确定；后者则是当前新兴的高端技术产物，电容式触摸屏利用触摸屏幕表面的静电场畸变，衡量出电容的变化量，从而提高电容式触摸屏的使用性能，降低开发的成本。
2004年英国曼彻斯特大学的2位物理科学家——安德烈•海姆教授（Geim）和康斯坦丁•诺沃肖洛夫教授（KonstantinNovoselov），在实验室中成功从天然石墨片中第一次剥离出了具有二维结构的石墨烯，从而证明了二维材料在自然状态下可以单独存在，因这个革命性和颠覆性的发现，2位教授共同在2010年获得诺贝尔物理学奖。在此背景下，石墨烯的众多方向研究如火如荼的展开，并且迅速在全球范围里掀起了石墨烯制备、石墨烯复合技术和材料、石墨烯下游产品等的研究热潮。石墨烯材料超强的物理、化学和机械等主要特性如图2所示。
目前石墨烯的制备方法主要分为“自下而上（down-up）”和“自上而下（up-down）”2大类方法。而“自下而上（down-up）”法是通过碳原子的重构来合成石墨烯材料，是从一种形态到另一种形态的转变，它包括化学气相沉积法（CVD）、外延生长法、有机合成法等。“自上而下（up-down）”法是通过剥离天然石墨材料来制备石墨烯片层，可以分为物理法和化学法，如微波机械剥离法、物理液相剪切分离法、电弧法、氧化还原法、超临界法、碳纳米管轴向切割法等。

石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。

自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。

石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。

本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。

石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。

其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。

化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。

化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。

物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。

流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。

微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。

石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。

首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。

FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。

其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。

此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。

Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2016, 5(2), 48-57Published Online May 2016 in Hans. /journal/japc/10.12677/japc.2016.52006Progress in Surface Propertiesand the Surface Testing of GrapheneJinfeng Dai1*, Guojian Wang1,2, Chengken Wu11School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai2Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, ShanghaiReceived: Apr. 22nd, 2016; accepted: May 10th, 2016; published: May 13th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractGraphene has been paid much attention for its special two-dimensional structure and excellent physicochemical properties. Researchers have done a great number of studies on these fields, and have made lots of outstanding results, while less on the surface properties, relatively. However, the surface properties of graphene usually play an important role in the practical application of graphene-based materials, especially, in the nano-composites, nano-coating and electrical nano- devices. In this review, the recent developments of surface properties and surface modification of graphene are summarized, where the relationship between the structure and surface properties of graphene is highlighted. The method of surface testing is also compared and commented on briefly. We believe that the future prospects of research emphasis on preparation of functiona-lized graphene with special surface properties, and a new comprehensive technique for testing the surface properties of graphene. Finally, the current challenges of research on structural surface and surface properties of graphene are commented based on our own opnion.KeywordsSurface Properties, Structural Surface, Surface Energy, Surface Testing, Graphene石墨烯的表面性质及其分析测试技术戴进峰1*，王国建1,2，吴承恳11同济大学材料科学与工程学院，上海*通讯作者。

等离子体技术制备石墨烯材料及其应用
石墨烯是一种单层碳原子组成的二维材料，具有极高的电导率、热导率和机械强度，被认为是未来电子学、传感器、储能等领域的重要材料之一。

然而，传统的化学气相沉积和机械剥离制备石墨烯的方法过程繁琐、成本高，难以应用于大规模制备。

而等离子体技术作为一种新兴的制备方法，具有较强的可控性和适用范围，已成为石墨烯制备领域的研究热点。

等离子体技术制备石墨烯的主要方法包括热化学气相沉积和微波等离子体化学气相沉积。

热化学气相沉积是在高温、高压下将前驱物气体解离成石墨烯，其优点是制备过程简单、高纯度、可以大规模制备。

微波等离子体化学气相沉积则是利用等离子体的局部高温对前驱物气体进行快速解离，制备出高质量、较小尺寸的石墨烯，是制备薄膜和纳米器件的理想方式。

等离子体技术制备的石墨烯材料具有许多优异的应用。

例如，制备的石墨烯纳米粉末可以应用于电池电极材料和储氢材料；通过等离子体修饰制备的石墨烯薄膜可用于生物传感器和化学传感器，具有快
速响应、高灵敏度等优点；将石墨烯掺杂到其他材料中，可以改变其物理、化学性质，提高其导电性和机械强度，用于电子元件和复合材料等领域。

总之，等离子体技术制备石墨烯材料是一项具有广泛应用前景的研究领域。

随着技术的发展和创新，其应用领域将不断拓展。

石墨烯的光电性质研究石墨烯是一种具有独特物理性质的二维材料，引起了广泛的科学界关注。

其独特的光电性质使其在光电子学、能源转换和传感器等领域具有潜在的应用前景。

本文将重点论述石墨烯的光电性质研究，探讨石墨烯在这一领域的发展和应用。

石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，具有高度的导电性和出色的光电转化效率。

石墨烯的导电性源于其高度结晶的碳原子排列方式，这使得电子在其表面的移动自由度非常高。

此外，石墨烯的光电转化效率高，主要归功于其异质结构和全波长吸收特性。

可以通过控制石墨烯的电场、电压和温度等条件，调节其光电性质。

石墨烯的光电性质主要包括光吸收、光导电、光致电子转移和光增强等方面。

首先，石墨烯由于其二维结构，使得其能够在宽波长范围内吸收光线。

此外，由于石墨烯表面的sp2碳原子具有π结构，能够吸收能量高的紫外光和可见光。

其次，石墨烯的导电性也使其在光电子学中具有潜在应用。

通过施加外电压或光辐射，可以在石墨烯中实现电子的流动和传输。

这为光电子器件的制备提供了一种新的思路。

另一方面，石墨烯的光致电子转移特性使其在光传感器和光电探测器等领域具有重要应用。

石墨烯在受到光照后，会发生电子跃迁，从而改变其导电性。

通过测量电流和电压的变化，可以实现对光强的检测。

这种光致电子转移的机制提供了一种新型的光电转换方法。

此外，石墨烯在光增强领域也显示出其独特的优势。

石墨烯薄膜可以作为表面等离子体共振增强器件，可以增强传感器的灵敏度和响应速度。

其高度结晶的碳原子排列方式使其在光增强方面具有很好的效果。

石墨烯与金属或介质之间的界面耦合效应也可以改善传感器的性能。

石墨烯的光电性质研究不仅可以促进对石墨烯本身物理性质的理解，还可以为其在光电子学和光电子器件中的应用提供基础。

研究人员通过控制石墨烯的结构、厚度和杂质等因素，改善其光电性质。

例如，在石墨烯材料上引入杂原子或其他掺杂物，可以调节其能带结构和光学性能，从而实现对光吸收和光发射的控制。

石墨烯具有优异的光学和电学性能，与硅基半导体工艺的兼容性，独特的二维原子晶体材料，优异的机械性能，超高的热导率和载流子迁移率，超带宽的光学响应谱极强的非线性光学特性。

新型光学和光电器件领域，基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出。

光子和光电子器件领域的应用。

1.全内反射结构下，石墨烯与光相互作用的增强及其偏振依赖性质，以及该性质在光学传感、光存储、细胞传感方面的发现。

2.光电探测、全内反射结构、偏振吸收、光学传感3.金刚石石墨（三维）石墨烯（二维）碳纳米管（一维）富勒烯（零维）组成完整碳材料家族，除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元。

4.制备，石墨烯缺乏带隙以及室温下的超高电子迁移率、低于银铜的电阻率、高热导率，在光电晶体管、生化传感器、电池电极材料和复合材料有很高应用价值。

光电探测5.石墨烯能带结构；紧束缚近似；最近邻相互作用；置次晶格的对称性；布里渊区的k 和k ’点导带和价带是简并的，导致石墨烯能带的线性色散关系；此处电子表现为狄拉克菲米子；k 和k ’附近的电子能量的色散关系表现为各向同行的特点，称为狄拉克锥；远离k 和k ’位置，等能面变为扭曲的三角形，反映了碳原子六边形晶格的对称性；离k 和k ’更远处的M 点为一个鞍点，此处沿着M-K ，M-Γ方向运动的电子具有正负的有效质量。

在布里渊区中心Γ，导带和价带的π电子态具有20ev 的能量差。

Γ点附近的能带的等能面也表现为各向同性的特点，但色散关系为双曲线型。

6.本征石墨烯，费米能级位于狄拉克点处；此时电子通过带间跃迁从价带迁到导带；对于n 型和p 掺杂的石墨烯，费米能级会移动，n 型掺杂，掺入的电子将填充导带底，因此费米能级上移。

导带底部和价带顶部的电子吸收能量都可以发生跃迁。

价带电子至少获得F E 2的能量才能发生带间对称跃迁。

特殊的能带结构，所以具有其他半导体材料所没有的特殊光学性质。

7.石墨烯光学性质；布里渊区k 点能量和动能成线性关系，载流子有效质量为0；有别于传统材料电子结构；具有量子霍尔效应和室温下的载流子近弹道传输。

表面等离子体共振原理表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种基于金属表面的光学现象，广泛应用于生物传感、化学分析、材料科学等领域。

其原理是当金属表面与介质中的光波发生共振时，会引起光的吸收、散射、透射等现象，从而产生特定的光学信号。

本文将详细介绍表面等离子体共振原理及其在各个领域的应用。

表面等离子体共振的原理主要基于金属表面的自由电子振荡和光波的相互作用。

当金属表面存在一定密度的自由电子时，这些自由电子可以与入射光波发生共振，从而形成表面等离子体波。

这种表面等离子体波的存在会导致金属表面对特定波长的光产生强烈的吸收和散射，形成SPR共振峰。

通过检测这些共振峰的位置和强度变化，可以实现对介质折射率、分子浓度、分子质量等参数的实时监测和分析。

在生物传感领域，表面等离子体共振被广泛应用于实时监测生物分子的相互作用。

通过将待测生物分子固定在金属表面上，并将生物分子与特定配体相互作用，可以实时监测生物分子的结合和解离过程，从而实现对生物分子的检测、分析和定量测定。

这种基于SPR技术的生物传感器具有高灵敏度、实时性和无标记的优点，被广泛应用于蛋白质相互作用、药物筛选、病原体检测等领域。

在化学分析领域，表面等离子体共振也被应用于实时监测化学反应过程和分子结构变化。

通过将化学反应物固定在金属表面上，并监测反应物的结合和解离过程，可以实时监测化学反应的动力学过程、平衡常数和反应速率常数。

这种基于SPR技术的化学传感器具有高灵敏度、实时性和无需标记的优点，被广泛应用于催化剂研究、化学反应动力学研究等领域。

在材料科学领域，表面等离子体共振被应用于研究金属、半导体、纳米材料等材料的光学性质和电子结构。

通过调控金属表面的形貌、结构和成分，可以实现对SPR共振峰的位置、形状和强度的调控，从而实现对光学性质和电子结构的调控和优化。

这种基于SPR技术的材料研究方法具有高灵敏度、高分辨率和无损伤的优点，被广泛应用于纳米材料制备、光电器件研究等领域。