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石墨烯拉曼光谱石墨烯是一种特殊的碳材料，其特殊的结构使它成为研究新型纳米材料的热门材料。
石墨烯的X射线衍射模式表明，其具有一层碳原子组成的矩阵结构。
它的拉曼光谱（Raman）可以用来检测石墨烯的形态、厚度和分布情况。
石墨烯拉曼光谱技术被用于石墨烯的结构表征、形态特征、分子动力学性质以及控制其制备过程中的参数等研究方面。
石墨烯拉曼光谱可以表示为一维拉曼光谱，一维拉曼光谱可以为材料表征提供较好的信息。
该技术允许研究者确定石墨烯的结构、层次和尺寸。
拉曼光谱可以识别振动模式，表征石墨烯的结构，用以检测石墨烯的形态和尺寸。
由于石墨烯拉曼光谱十分敏感，可以用来检测微小的层数及其结构变化，因此这种技术性能优异。
石墨烯拉曼光谱可以用来研究石墨烯的形态和尺寸，检测石墨烯厚度及其分布情况，用以推动石墨烯的科学研究。
其中，石墨烯拉曼光谱的高度灵敏性可以用来研究石墨烯的结构表征、形态特征和分子动力学性质，用以推动其制备过程中的参数研究。
石墨烯拉曼光谱可以帮助研究者更好地掌握其在物理、材料和生物领域的性质，发掘并应用其独特的性质，从而推进石墨烯的工程应用。
石墨烯拉曼光谱是一种高级技术，由于其灵敏性高，其应用更加广泛。
研究者可以使用石墨烯拉曼光谱来表征复合材料中的各种碳粒子，从而获得良好的局部信息，有助于研究者更好地理解石墨烯的结构和物理性质。
石墨烯拉曼光谱是一种高效能、灵敏度高的技术，它可以有效揭示出石墨烯的形态、厚度和分布情况。
在石墨烯研究过程中，拉曼光谱作为一种非常有效的表征技术，可以帮助研究者更好地探索石墨烯的特性和应用，从而推动石墨烯及其相关应用领域的发展。
综上所述，石墨烯拉曼光谱是一种极其重要的表征技术。
它可以获得更多的石墨烯的结构、层次和尺寸信息，可以对石墨烯的形态和厚度进行检测，还可以帮助研究石墨烯的结构表征、形态特征、分子动力学性质以及控制其制备过程中的参数，通过表征技术的应用，可以更好地利用石墨烯的特性及其在物理、材料和生物学研究中的作用，推动石墨烯及相关领域的发展，为我们的社会建设做出贡献。
3.1 石墨烯AFM测试详解单层石墨烯的厚度为０.335ｎｍ，在垂直方向上有约１ｎｍ的起伏，且不同工艺制备的石墨烯在形貌上差异较大，层数和结构也有所不同，但无论通过哪种方法得到的最终产物都或多或少混有多层石墨烯片，这会对单层石墨烯的识别产生干扰，如何有效地鉴定石墨烯的层数和结构是获得高质量石墨烯的关键步骤之一。
石墨烯的表征主要分为图像类和图谱类图像类以光学显微镜透射电镜TEM 扫描电子显微镜、SEM和原子力显微分析AFM为主而图谱类则以拉曼光谱Raman红外光谱IRX射线光电子能谱、XPS和紫外光谱UV为代表其中TEM、SEM、Raman、AFM和光学显微镜一般用来判断石墨烯的层数而IRX、XPS和UV则可对石墨烯的结构进行表征，用来监控石墨烯的合成过程。
且看“材料+”小编为您一一解答。
3.1.1 AFM表征图1 AFM的工作原理图图3.1 AFM工作的三种模式关于AFM的原理这里就不多说了，目前常用的AFM工作模式主要有三种：接触模式，轻敲模式以及非接触模式。
这三种工作模式各有特点，分别适用于不同的实验需求。
石墨烯的原子力表征一般采用轻敲模式（TappingMode）：敲击模式介于接触模式和非接触模式之间，是一个杂化的概念。
悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/敲击样品表面。
这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。
因此当检测柔嫩的样品时，AFM的敲击模式是最好的选择之一。
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一旦AFM开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等，用于物体表面分析。
优点：很好的消除了横向力的影响。
降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。
缺点：比ContactModeAFM的扫描速度慢。
3.1.2 AFM表征石墨烯原理AFM可用于了解石墨烯细微的形貌和确切的厚度信息，属于扫描探针显微镜，它利用针尖和样品之间的相互作用力传感到微悬臂上，进而由激光反射系统检测悬臂弯曲形变，这样就间接测量了针尖样品间的作用力从而反映出样品表面形貌。
石墨烯是一种结构独特的二维原子晶体，导电率、导热率非常高，同时具备较高的抗拉强度，在电子器件、转换材料、功能增强型复合材料等领域均有较大的应用潜力。
拉曼光谱是一种备受追捧的表征技术，分辨率非常高，在碳材料研究与应用当中发挥了重要作用，将其应用在石墨烯结构表征中将获得更全面的实验信息，帮助更好的开展石墨烯研究。
1 石墨烯的声子色散与典型拉曼光谱特征如果石墨烯是单层结构的，其色散曲线总共有六支声子，即三个光学支与三个声学支。
原子的振动方向与石墨烯的平面平行表示为（i），振动方向与石墨烯的平面垂直表示为（o），原子振动方向与A-B碳碳键的方向平行表示为纵向（L），振动方向与A-B碳碳键方向垂直表示为（T）。
单层石墨烯典型拉曼光谱图中可以展现出两个单层石墨烯拉曼特征，且均具有典型性。
一个是G‘峰，另一个是G峰，但如果石墨烯样品本身存在缺陷，则缺陷D峰与D‘峰会出现在光谱图中。
通过光谱图可以观察到不同拉曼特征峰产生过程，受入射激光的影响，石墨烯价带电子跃迁到导带上，会出现散射情况，是电子与声子相互作用下产生的，进而使得不同的拉曼特征峰产生。
sP2碳原子的面内振动，并与iTO 与iLO光学声子相互作用下促使G峰产生，具有一定对称性，也是单层石墨烯中非常少见的一个拉曼散射过程。
而作为二阶双共振拉曼散射过程的D峰与G‘峰，两次谷间非弹性散射下会产生iTO光学声子，其中，与D峰相关的是iTO声子与缺陷谷间散射，数量均为一个。
G‘峰拉曼位移最为显著，通常为D峰的两倍左右，为此，一般会表示为2D峰，但G‘峰产生并不受缺陷影响，也不作为D 峰倍频信号存在。
D峰与G‘峰两者能量色散性均具备，但是程度不一，拉曼峰位也会因入射激光能量变化而变化，比如，能量增加下，会使拉曼峰位向高波数线性位移，色散的斜率在一定激光能量范围内是非常大的，整个过程同时也表现出双共振过程的一些特征。
作为一种谷间散射，D‘峰更多的是表现谷内双共振，散射过程有两次，一次是与K点附件的iLO声子非弹性谷内散射，一次是与缺陷的谷内散射。
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达15000 cm2 V-1 s-1，因而是未来纳米电子器件的理想材料。
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[1]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。
单层石墨烯富勒烯碳纳米管石墨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-1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。
图2：石墨烯的拉曼光谱随着石墨烯层数n的增加，G峰位置会向低波数移动，其位移与1/n相关[2]（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）。
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[3]。
图3 常用于表征石墨烯片层数的G峰和2D峰单层双层石墨D峰G峰2D峰D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰。
该峰出现在1270-1450 cm-1（见图2，具体位置与激发波长有关[4]）,它是由远离布里渊区中心的晶格运动引起的，用于表征石墨烯样品中的缺陷或者边缘。
石墨烯表征方法石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性和热导性，以及出色的机械强度和柔韧性。
由于石墨烯的独特性质，人们对其进行了广泛的研究和应用。
为了更好地理解和表征石墨烯材料，科学家们开发了多种表征方法。
一、原子力显微镜(AFM)原子力显微镜是一种常用的石墨烯表征方法之一。
它通过探测表面的力与距离关系，可以获得石墨烯的拓扑结构和力学性质。
AFM可以实现纳米级的分辨率，可以直接观察到石墨烯的原子级结构。
同时，AFM还可以测量石墨烯的厚度，从而确定其层数。
二、扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜是一种常用的表面形貌表征方法。
通过聚焦电子束，扫描样品表面，并测量电子的反射或散射信号，可以获得石墨烯的表面形貌和微观结构。
SEM具有高分辨率和大深度视场的优点，可以对大面积的石墨烯样品进行观察和分析。
三、透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是一种常用的石墨烯表征方法之一。
它通过透射电子束，并测量透射电子的衍射图样，可以获得石墨烯的晶体结构和晶格参数。
TEM具有极高的分辨率，可以实现原子级的观察和分析。
同时，TEM还可以通过能谱分析等技术，获得石墨烯的化学成分和元素分布信息。
四、拉曼光谱(Raman)拉曼光谱是一种非常重要的石墨烯表征方法。
它通过测量石墨烯材料散射的光子能量差，可以获得石墨烯的振动模式和结构信息。
拉曼光谱可以用来确定石墨烯的层数、缺陷和应变等物理性质。
同时，拉曼光谱还可以用来研究石墨烯与其他材料之间的相互作用。
五、X射线衍射(XRD)X射线衍射是一种常用的晶体结构表征方法。
通过石墨烯材料对X 射线的衍射效应，可以获得石墨烯的晶体结构和晶格参数。
X射线衍射可以用来确定石墨烯的层数、晶胞尺寸以及晶体取向等信息。
同时，X射线衍射还可以用来研究石墨烯的结晶性质和晶格缺陷情况。
六、核磁共振(NMR)核磁共振是一种常用的石墨烯表征方法之一。
通过测量石墨烯材料中核自旋的共振信号，可以获得石墨烯的化学成分和分子结构信息。
石墨烯层数表征方法石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体结构，具有独特的物理、化学和电学性质。
石墨烯的层数表征方法是对石墨烯的层数进行定量描述的方法，下面将介绍几种常用的方法。
1. 扫描隧道显微镜（STM）方法扫描隧道显微镜是一种常用的表征石墨烯层数的方法。
通过在石墨烯表面扫描探针，可以观察到石墨烯的原子排列情况。
对于单层石墨烯，可以清晰地看到原子的周期排列；而对于多层石墨烯，由于层与层之间存在一定的相对位移，扫描隧道显微镜图像中会出现不同的原子排列模式。
通过分析和比较这些模式，可以确定石墨烯的层数。
2. 拉曼光谱方法拉曼光谱是一种非常常用的表征材料结构的方法，也可以用于表征石墨烯的层数。
不同层数的石墨烯在拉曼光谱上表现出明显的差异。
例如，单层石墨烯的G峰和2D峰之间的强度比值（IG/ID）约为2.2，而多层石墨烯的这个比值会显著增加。
通过测量石墨烯的拉曼光谱，可以根据这个比值来确定石墨烯的层数。
3. 透射电子显微镜（TEM）方法透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以用于观察石墨烯的原子结构。
通过将石墨烯样品放置在透射电子显微镜中，可以获得高分辨率的石墨烯图像。
对于单层石墨烯，可以清晰地看到原子的排列；而对于多层石墨烯，可以观察到层与层之间的间隙。
通过对比这些图像，可以确定石墨烯的层数。
4. X射线衍射方法X射线衍射是一种常用的材料结构表征方法，也可以用于表征石墨烯的层数。
通过将石墨烯样品放置在X射线衍射仪中，可以获得石墨烯的衍射图样。
对于单层石墨烯，衍射图样中只会出现一个晶面的衍射峰；而对于多层石墨烯，由于不同层之间存在一定的相对位移，衍射图样中会出现多个晶面的衍射峰。
通过分析和比较这些衍射峰，可以确定石墨烯的层数。
扫描隧道显微镜、拉曼光谱、透射电子显微镜和X射线衍射是常用的石墨烯层数表征方法。
这些方法可以通过观察原子排列模式、分析拉曼光谱、观察原子结构和分析衍射图样来确定石墨烯的层数。
这些方法在石墨烯研究中具有重要的应用价值，可以帮助科学家深入了解石墨烯的特性和性质。
2004年英国曼彻斯特大学的A.K.Geim领导的小组首次通过机械玻璃的方法成功制备了新型的二维碳材料-石墨烯（graphene）。
自发现以来，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它在各学科方面的优异性能，使其成为近年来化学、材料科学、凝聚态物理以及电子等领域的一颗新星。
就石墨烯的研究来说，确定其层数以及量化无序性是至关重要的。
激光显微拉曼光谱恰好就是表征上述两种性能的标准理想分析工具。
通过测量石墨烯的拉曼光谱我们可以判断石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷多少、边缘结构、张力和掺杂状态等结构和性质特征。
此外，在理解石墨烯的电子声子行为中，拉曼光谱也发挥了巨大作用。
石墨烯的典型拉曼光谱图石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面内振动引起的，ｗｗｗ．ｇｌｔ９１０．ｃｏｍ它出现在1580cm-1附近，该峰能有效反映石墨烯的层数，但极易受应力影响。
D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰，该峰出现的具体位置与激光波长有关，它是由于晶格振动离开布里渊区中心引起的，用于表征石墨烯样品中的结构缺陷或边缘。
G’峰，也被称为2D峰，是双声子共振二阶拉曼峰，用于表征石墨烯样品中碳原子的层间堆垛方式，它的出峰频率也受激光波长影响。
举例来说，图1[1]为514.5nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图。
其对应的特征峰分别位于1582cm-1附近的G峰和位于2700cm-1左右的G’峰，如果石墨烯的边缘较多或者含有缺陷，还会出现位于1350cm-1左右的D峰，以及位于1620cm-1附近的D’峰。
图1 514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图[1]当然对于sp2碳材料，除了典型的拉曼G峰，D峰以及G’峰，还有一些其它的二阶拉曼散射峰，大量的研究表明石墨烯含有一些二阶的和频与倍频拉曼峰，这些拉曼信号由于其强度较弱而常常被忽略。
如果对这些弱信号的拉曼光谱进行分析，也可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。
拉曼光谱在类⽯墨烯⼆维材料上的表征拉曼光谱在类⽯墨烯⼆维材料上的表征摘要类⽯墨烯⼆维材料具有⽆限类似碳六环的⼆维原⼦晶体结构，因其独特的结构与性质引起了科学家们的⼴泛关注。
拉曼光谱是⼀种快速⽽⼜简洁的表征物质结构的⽅法。
本⽂结合了先前研究者的⼀些⼯作，总结了拉曼光谱技术在类⽯墨烯⼆维材料表征中的⼀些应⽤。
主要阐述了拉曼光谱在表征类⽯墨烯材料如MnS2层结构，以及对于缺陷态与掺杂类型表征上的应⽤。
⼀、前⾔类⽯墨烯⼆维材料是指⼀个维度上维持纳⽶尺度，⼀个或⼏个原⼦层厚度，⽽在⼆维平⾯内具有⽆限类似碳六环组成的⼆维（2D）周期蜂窝状点阵结构，具有许多独特的性质。
因为⼆维材料如⽯墨烯等具有很有⾮常优异的特性，⽐如吸收2.3%的⽩光光谱，⾼表⾯积⽐，⾼的杨⽒模量，优异的导热导电性，故这类⼆维材料可以应⽤在光电学[1,2]、⾃旋电⼦学、催化剂、化学传感器[2,3]、⼤容量电容器、晶体管、太阳能电池、锂电⼦电池、DNA测序[4-6]等很多领域。
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—声⼦耦合的重要技术⼿段[7,8]，具有较⾼的分辨率，是富勒烯、⼆硫化钼、⾦刚⽯等研究中最受欢迎的表征技术之⼀，在类⽯墨烯材料的发展历程中起了⾄关重要的作⽤。
本⽂将通过先前出现有关类⽯墨烯⼆维材料研究中的拉曼光谱表征，分析拉曼光谱在类⽯墨烯⼆维材料研究中的作⽤。
⼆、拉曼光谱表征类⽯墨烯⼆维材料层状结构1. 从拉曼散射的演化分析MoS2材料块体结构到单层结构的变化[9]随着多种超薄MoS2为基础的装置的快速发展，研究MoS2薄层的独特性质以及单层简便的检测⽅法成为迫切的需求。
拉曼光谱是⼀种快速⽆损的表征⼯具，已经⽤于研究MoS2的不同晶体结构[10-14 ]。
⾮共振情况下，四个⼀阶的拉曼活性模式32cm-1(E2g)，286cm-1(E1g)，383cm-1(E2g)和408cm-1(A1g)在MoS2块材中可以看到。
石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究答：石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究是一个重要的研究领域，因为缺陷对石墨烯的性能和稳定性具有重要影响。
以下是对石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究的简要概述：1. 拉曼光谱的基本原理：拉曼光谱是一种非弹性散射光谱技术，它利用激光与石墨烯相互作用产生的拉曼散射来获取石墨烯的结构和性质信息。
通过测量拉曼光谱，可以获得石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷类型和分布等结构和性质特征。
2. 石墨烯中缺陷的类型：石墨烯中的缺陷主要包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、替位等；线缺陷包括位错、边缘裂纹等；面缺陷包括晶界、堆垛层错等。
这些缺陷会对石墨烯的性能产生负面影响，因此研究缺陷的拉曼光谱对于优化石墨烯性能具有重要意义。
3. 拉曼光谱在石墨烯缺陷研究中的应用：通过测量石墨烯的拉曼光谱，可以判断石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷类型和分布等结构和性质特征。
例如，D峰和G峰是石墨烯的主要特征峰，D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰，而G峰是由2碳原子的面内振动引起的。
通过对D峰和G峰的测量和分析，可以获得石墨烯的结构和缺陷信息。
4. 石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究进展：近年来，随着拉曼光谱技术的不断发展，越来越多的研究者开始关注石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究。
通过改进拉曼光谱技术、优化实验条件和数据分析方法，研究者们成功地揭示了石墨烯中不同类型的缺陷及其对性能的影响。
同时，也有一些研究者尝试通过控制石墨烯的生长条件和后处理方法来减少或消除缺陷，以提高石墨烯的性能。
总之，拉曼光谱在石墨烯中缺陷的研究中具有重要作用。
通过测量和分析拉曼光谱，可以获得石墨烯的结构和缺陷信息，为优化石墨烯性能提供重要依据。
同时，随着技术的不断进步和创新，相信未来会有更多的研究者关注并致力于石墨烯中缺陷的拉曼光谱研究。
表征石墨烯样品中碳原子的
石墨烯是由碳原子形成的二维晶格结构。
因此，对石墨烯样品中的碳原子进行表征可以使用多种方法。
1. 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：这
些技术可以用于观察石墨烯的形貌和结构。
SEM可以提供更
大范围的表面形貌信息，而TEM可以提供更高分辨率的结构
信息。
2. X射线衍射（XRD）：XRD可以确定石墨烯的晶格结构和
晶体学性质，包括晶格常数、晶体尺寸等。
3. 拉曼光谱：拉曼光谱可以提供关于石墨烯的结构、晶格振动模式和物理性质的信息。
特别是，拉曼光谱中的G波和2D波
可用于确定石墨烯的存在和层数。
4. 原子力显微镜（AFM）：AFM可以提供高分辨率的表面拓
扑图像，并且还可以通过力曲线测量来获得石墨烯的力学性质。
5. X射线光电子能谱（XPS）：XPS可以提供有关石墨烯中碳
原子价态和化学环境的信息。
6. 感应耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）：ICP-OES可以用
来分析石墨烯样品中的杂质元素含量，例如金属或非金属杂质。
这些方法的选择取决于研究者的需要和石墨烯样品的性质。
通常会使用多种表征技术来确定石墨烯样品的特性。
拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用发表时间：2019-01-11T15:52:54.703Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月下作者：张鲁一航[导读] 石墨烯属于由sp2碳原子组合而成的二维原子晶体结构，由于该物质在结构上非常特殊，也有独特的性质，所以受到了学者们的普遍关注。
（陆军勤务学院，401311）摘要：石墨烯属于由sp2碳原子组合而成的二维原子晶体结构，由于该物质在结构上非常特殊，也有独特的性质，所以受到了学者们的普遍关注。
拉曼光谱属于高效、简便的用来表征物质结构的方式。
其着重阐述在石墨烯结构表征中，光普曼技术的新的探究成果。
第一，以石墨烯声子色散曲线为基础，着重阐述了是石墨烯的重点拉曼特征，并全面分析了石墨烯二阶和频与倍频拉曼特征，包括石墨烯低频拉曼特征的具体情况，同时阐述其对石墨烯结构表现出怎样的依赖特点。
关键词：拉曼光谱；石墨烯；低频振动模一、拉曼光谱应用烯结构表征中的基本介绍石墨烯属于一种由sp2碳原子协同结合形成的六边形蜂窝状的二维原子晶体。
它可以用来构建别的sp2杂化碳，并且是其中的一个核心组成部分，能够堆垛成为三维石墨，卷曲的话还可以展现出碳纳米管的状态，同时还能够包裹变成刘维度富勒烯，在碳材料领域是一种新型、极受欢迎的材料。
在本文后续的探究中，笔者着重结合拉曼光谱技术对石墨烯和该物质的结构表征探究成果展开具体归纳和判定。
二、石墨烯声子色散和典型拉曼光谱特征想要对石墨烯拉曼光谱进行分析，应当先阐述石墨烯声子色散曲线的概念。
具体来说，在石墨烯单细胞中，会有A与B两个不等价碳原子，由此，从单层石墨烯的角度看，可分成六支声子色散曲线，具体就是三个生学支、三个光学支。
面内与面外各对应原子振动方向、和石墨烯垂直的平面，纵、横向表示的是原子振动方向平行或是和A-B碳碳健垂直的方向。
基于入射激光的作用，电子会从石墨烯带上转移到导带上，在电子和声子的相互作用下，会产生射散的现象，由此能够引发多个拉曼特征峰。
石墨烯和氧化石墨烯拉曼光谱
石墨烯和氧化石墨烯是两种不同形态的碳材料。
拉曼光谱是一种常用的表征材料结构和化学成分的技术手段之一。
石墨烯具有单层碳原子组成，呈现出六角晶格结构。
其拉曼光谱通常呈现出两个主要的峰位，即G峰和2D峰。
G峰对应于石墨烯晶格振动模式，其位置约在1600 cm-1处。
2D峰则对应于石墨烯中的双光子过程，位置在2700 cm-1附近。
通过分析这些峰位的形状、位置和强度，可以确定石墨烯的层数、缺陷情况以及其它结构信息。
而氧化石墨烯是石墨烯在氧化处理后形成的产物，具有部分或完全被氧原子包覆的结构。
相比于石墨烯，氧化石墨烯的拉曼光谱会发生一些变化。
主要的观察特征是在G峰和2D峰附近会出现一个称为D峰的新峰位，对应于碳材料的缺陷和杂质。
此外，氧化石墨烯的G峰位置可能发生变化，并且2D峰有可能出现分裂。
综上所述，通过拉曼光谱可以对石墨烯和氧化石墨烯进行表征和区分，提供了关于它们晶格结构、层数、缺陷情况等方面的信息。
这些信息对于研究和应用这些碳材料具有重要意义。
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【摘要】石墨烯是一种只有一个原子层的二维原子晶体,它是构成零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨等其他碳同素异形体的基本结构单元,具有很多独特的电子及力学性能,因而吸引了化学、材料及其他领域众多科学家的高度关注.拉曼光谱作为一种灵敏便捷的表征方法,在石墨烯的研究中起到重要的作用.该综述总结了近年来拉曼光谱在石墨烯表征中的应用,在对单层石墨烯的典型特征峰作详细介绍的基础上,通过对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽变化情况的分析,可以快速而准确地表征出石墨烯的层数,并可以对石墨烯的堆垛方式、边缘手性和掺杂程度进行判定.同时,也系统地分析了在石墨烯制备与测试过程中基底、掺杂、温度和激光功率等因素对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽的影响.%Graphene is a kind of two-dimensional atomic crystal with one atomic layer,which is the basic structure unit of other dimensions of graphite materials,such as zero dimensional fullerenes, one-dimensional carbon nanotubes and three-dimensional graphite.Graphene has a lot of unique elec-tronic and mechanical properties,which have attracted high attention of many scientists in the field of chemistry,materials and other fields.Raman spectroscopy as a sensitive and convenient characteriza-tion method,has played a very important role in the study of graphene.Raman spectroscopy is an in-tegral part of graphene research.The application of Raman spectroscopy in graphene characterization in recent years is reviewed in this paper.The characteristic peak of monolayer graphene was first int-nduced.Then,through the analysis of the changes of D peak,G peakand 2D peak intensity,position and half peak width of Raman spectra,the number of graphene layers can be quickly and accurately characterized,as well as,the stacking orders,edge chirality and doping degree of graphene were de-fined.At the same time,the effects ofsubstrate,doping,temperature and laser power on the intensi-ty,position and half width of D peak,G peak and 2D peak of Raman spectra in the process of prepar-ing graphene were also systematically analyzed.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】10页(P1-10)【关键词】石墨烯;拉曼光谱;层数效应;堆垛方式;边缘手性;掺杂程度【作者】郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;中国标准化研究院,北京100142;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】O657.37人们在理论上对石墨烯的研究最早始于20世纪60年代[1-2]，在当时已预测出二维石墨烯片的电荷载体会表现得像一个无质量的狄拉克费米子并能够指导大多数其他碳材料的量子特性。
单层和多层石墨烯的拉曼光谱学研究
单层和多层石墨烯的拉曼光谱学研究主要是通过拉曼散射光谱技术来研究石墨烯的结构和物理性质。
石墨烯是由碳原子组成的二维晶体结构，具有独特的电学、热学和机械性质。
单层石墨烯由一个碳原子层组成，而多层石墨烯则由几个碳原子层堆叠而成。
拉曼光谱是一种非常有用的表征材料结构和电子状态的技术。
对于石墨烯来说，拉曼光谱可以提供关于其晶格结构、氧化程度和变形等信息。
石墨烯的拉曼光谱通常表现为两个主要的峰：G峰和2D峰。
G峰是由于石墨烯的E2g模式引起的，代表了石墨烯晶格振动的基本特征。
2D峰则是由于石墨烯的双共振光子退火引起的，也是石墨烯的特征峰之一。
单层石墨烯和多层石墨烯的拉曼光谱有一些区别。
单层石墨烯的2D峰比G峰强，而多层石墨烯的G峰比2D峰强。
此外，
多层石墨烯的2D峰通常呈现多个峰的结构，而单层石墨烯的
2D峰则呈现单个尖峰结构。
通过分析拉曼光谱可以确定石墨烯的层数、缺陷个数、杂质掺杂等信息。
拉曼散射光谱还可以通过改变激光波长、温度等参数来研究石墨烯的光学性质和声子耦合效应。
总之，单层和多层石墨烯的拉曼光谱学研究对于了解石墨烯的
结构和性质具有重要意义，可以为石墨烯的应用提供指导和理论基础。
石墨的拉曼光谱
石墨烯是sp2碳原子紧密堆积形成的六边形蜂窝状结构的二维原子晶体，是构建其它sp2杂化碳的同素异形体的基本组成部分。
石墨烯具有超高的电导率和热导率、巨大的理论比表面积、极高的杨氏模量和抗拉强度，可望在微纳电子器件、光电检测与转换材料、结构和功能增强复合材料及储能等广阔的领域得到应用。
拉曼光谱在石墨烯的层数表征方面具有独特的优势，完美的单洛伦兹峰型的二阶拉曼峰（G'峰）是判定单层石墨烯简单而有效的方法，而多层石墨烯由于电子能带结构发生裂分使其G'峰可以拟合为多个洛伦兹峰的叠加。
石墨烯的拉曼光谱可以反映出其质量，如缺陷D峰，以及化学修饰程度的一个重要指标D'峰。
另外，石墨烯的层间堆垛方式、所处的环境温度、应力作用以及基底效应也会反映在其拉曼光谱特征峰的变化上。
通过对石墨烯的拉曼光谱进行分析，可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。
研究石墨烯光学性质的实验方法石墨烯作为一种新型的二维材料，具有特殊的光学性质，成为热门的研究领域之一。
通过实验研究石墨烯的光学性质，可以更深入地了解其微观结构和物理机制，为应用石墨烯于光电领域提供理论支持。
本文将介绍几种研究石墨烯光学性质的实验方法。
一、拉曼光谱拉曼光谱是一种用于研究物质结构和振动状态的光谱技术。
对于石墨烯这样的二维材料来说，其光谱较窄且具有明显的振动模式，可用于研究其晶格结构、缺陷和杂质等方面的特性。
研究石墨烯的拉曼光谱需要使用拉曼光谱仪。
该仪器测量样品中不同震动频率的光谱响应，利用这些震动频率分析样品的物理性质。
与传统的傅里叶变换红外光谱仪相比，拉曼光谱仪具有解析度高、操作简便、样品需求低等优点，成为石墨烯光学性质研究的重要手段之一。
二、吸收光谱石墨烯吸收光谱的研究可以帮助人们了解其光学特性和光电转换效率，为开发基于石墨烯的新型光电器件提供理论依据。
传统的吸收光谱测试技术需要使用比较昂贵的光学仪器，并要求样品必须具有较高的厚度，不适合用于研究石墨烯这种厚度仅为几个原子的材料。
为解决这一问题，研究人员通过改进技术，发展了适用于石墨烯的透射光谱测试方法。
该方法基于石墨烯的反射率和透射率的变化趋势，通过计算得到其吸收光谱信息，而且不需要考虑其厚度限制。
现在，透射光谱测试技术已经成为石墨烯光学性质研究的主要手段之一。
三、表面等离子体共振表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技术是一种利用金属薄膜上的等离子体振荡来反应溶液中生物分子的结合作用的光学分析方法。
近年来，研究人员利用表面等离子体共振技术研究石墨烯的光学性质，发现其表面等离子体振荡具有极高的局域性和散射强度，可用于检测超微小颗粒物和分子。
在研究石墨烯的表面等离子体共振时，需要将样品制成薄膜并覆盖在金属或半导体的反射层上，利用激光束照射样品表面，测量样品的反射率和透射率变化情况，研究石墨烯薄膜在激光作用下的光学特性。
拉曼光谱在石墨烯表征中的拉曼光谱在石墨烯表征中的应用应用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。
它是构建其他碳同素异构体（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两组团队首次分离出来的。
它具有优异的电子传输性能，其室温下的电子迁移速率高达15000 cm 2 V -1 s -1，因而成为未来纳米电子设备的理想材料。
图1 石墨烯是构建碳同素异构体（如富勒烯、碳纳米管或石墨）的基本单元[1]石墨烯具有优异的机械强度和热导率，其机械强度要比钢铁高出200多倍。
研制出运行速度高达兆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被观察到。
对于石墨烯设备研究来说，确定石墨烯片层数以及量化无序性对其特性的影响是至关重要的。
显微拉曼光谱是表征上述两种性能的简单可靠方法。
拉曼光谱的高度结构选择性，光谱和空间的高分辨率以及无损分析特征使得拉曼光谱成为石墨烯快速发展领域标准而理想的分析工具。
石墨烯和石墨烯片石墨烯和石墨烯片的拉曼光谱的拉曼光谱的拉曼光谱如图2所示，石墨烯的拉曼谱图是由若干谱峰组成的。
这些拉曼峰已被准 单层石墨烯富勒烯 碳纳米管 石墨确地表征和理解。
以下将具体描述每个谱峰。
G峰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-1附近（如图2）。
该峰能有效反映石墨烯片层数，极易受应力影响。
2D峰G峰D峰图2：石墨烯的拉曼光谱随着石墨烯片层数n的增加，G峰位置会向低频移动，其位移与1/n相关[2]（图3）。
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G峰的形状没有显著变化（尽管G峰易受石墨烯片的层数影响，用2D峰来表征石墨烯更为可取，其原因将在后面解释）。
此外，G峰容易受掺杂影响，其峰频与峰宽可用于检测掺杂水平[3]。
D 峰D 峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰。
该峰出现在1270-1450 cm -1（见图2，具体位置与激发波长有关[4]）,是由于晶格振动离开布里渊区中心引起的，用于表征石墨烯样品中的缺陷或者边缘。
事实上，D 峰形成以及D 峰依赖于激发波长的最可靠解释来自于双共振理论，该理论是由Tho ms e n 最早提出的 [5]。
双共振理论认为电子的带内声子散射需要动量，这个动量容易从缺陷中获取，从而解释了D 峰首先从缺陷晶体中发现的原因。
2D 峰和G ’峰2D 峰，也称G ’峰，是双声子共振二阶拉曼峰。
连接声子波矢量和电子能带的双共振过程使得2D 峰频率极易受激发光波长影响[4]。
对于514nm 的激发波长，2D 峰出现在2700cm -1附近（见图2）。
2D 峰也可以用作判断石墨烯片层数，但是它比G 峰频移复杂。
图3显示2D 峰随石墨烯片层数变化的拉曼谱图。
从图中可以看出，单层石墨烯的2D 峰只显示单个洛伦兹拟合峰，只代表一个可能的双共振散色过程，而双层石墨烯中出现4个拟合峰，分别代表四个可能的双共振过程。
随着石墨烯层数增加，双共振过程也增加，其拉曼谱图形状越接近石墨，最后只出现2个峰[6]。
石墨烯石墨烯片的片的片的拉曼成像拉曼成像拉曼成像石墨烯通常难于光学定位，只用光学显微镜无法检测石墨烯片的层数或缺陷。
拉曼成像具有高空间分辨率（优于0.5µm ），是获取石墨烯片信息的一种快速可靠的工具。
Kirill Bolotin （范德堡大学）使用XploRA 拉曼光谱仪上的532nm 激发波长，对附着在SiO 2/Si 衬底上的石墨烯样品进行了拉曼成像。
以下将介绍两种常规数据处理方法：多变量建模和峰拟合。
建模建模使用Lab s pe c 5软件中的建模功能可简便获取样品中双层（图4中绿线）和多层（图4中红线）石墨烯片的分布。
此建模功能是运用经典最小二乘法将谱图拟合出用户选择的各种纯组分光谱。
有些样品边缘也有可能探测到D峰，因此在边缘获得的谱图（粉红线）被认为是第三种成分用于成像分析。
图4 石墨烯的白光图像（左上图）、建模法获得的石墨烯片拉曼图像（右上图，绿色、红色、粉红色和蓝色分别代表双层石墨烯、多层石墨烯、边缘以及SiO2/Si 衬底）和各种纯组分的拉曼光谱（下图）。
谱峰拟合谱峰拟合根据谱图信息，如峰位、峰强、峰面积和/或峰宽，也可以使用谱峰拟合来获取拉曼成像图。
图5是谱峰拟合获得的石墨烯样品成像图。
右图的拉曼图像是根据每条谱线的积分强度构建的。
仔细观察代表谱图（左图）可以看出被拟合谱峰的重心位置在变化。
这可能是由于峰位与薄膜性质相关引起的，因而对峰位进行拉曼成像是非常有意义的。
图6是谱峰拟合法得到的三条洛伦兹谱线(红色、绿色和蓝色分别代表2640cm-1、2675cm-1和2720 cm-1峰位)峰位在空间位置分布的拉曼图像。
值得注意的是最高频率谱峰图像没有纹理（也即均相），而其它两个峰的图像有纹理。
特别是2675cm-1峰位（绿色）显示边缘效应，而最低频率谱峰在峰宽上有很大的差异（没有标出）。
以上这个例子证明拉曼成像在表征石墨烯片均一性中是非常有用的。
图5 谱峰拟合法获得的拉曼图像（右图）：每个图上的颜色强弱代表每个采集点的谱峰积分强度。
左图是所对应采集点的拉曼谱峰拟合图。
图6 谱峰拟合法得到的拉曼图像：每个图像上的颜色强度代表每个洛伦兹拟合峰位快速拉曼成像快速拉曼成像上述拉曼成像是在传统的点扫描模式下获取的。
由于石墨烯的拉曼信号很强，并且可以在极短采集时间内获得谱图，因此它适用于SWIFT TM超快速成像。
创新性的同步数据采集过程使得拉曼图像采集速度<5ms/点，这极大地降低了成像所需时间。
图7显示石墨烯样品在SWIFT 扫描模式下获得的拉曼图像（C. G lattli ，法国萨克莱）。
图像采集时间少于1分钟，样品分析区域为20µm 2，采集到大约1500个谱图。
从图中可以看出，在白光图像上几乎观察不到的单层和多层石墨烯样品可以通过成像获得清晰的分布图。
将SWIFT TM 超快速成像与独特的DuoS c a n TM 大光斑成像模式联合使用，可以在从未有过的短时间内对超大样品进行拉曼成像。
图7 SWIFT 扫描模式下获得的石墨烯拉曼图像，只用20ms /点的扫描速度就可以极好地区分出单层石墨烯和多层石墨烯分布区域。
石墨烯作为拉曼衬底石墨烯作为拉曼衬底最近，凌曦（北京大学化学与分子工程学院）的研究表明石墨烯可作为一种很有意义的衬底用于分析一些难表征的样品。
事实上，石墨烯不仅有助于抑制强烈的固有荧光，而且对其表面上的样品具有拉曼增强效应。
这两种效应将分别阐述如下。
荧光抑制荧光抑制图8比较了Rhoda m i n e 6G (R6G )在溶液中和石墨烯上的拉曼谱图。
R6G 在石墨烯表面的荧光背底强度要明显弱于溶液中，甚至比在SiO 2/Si 衬底上的背底还要弱。
这些初步研究结果如果能在其它样品上得到证实，势必会吸引更多的拉曼光谱学家关注石墨烯。
白光图像单层石墨烯 多层石墨烯图8 R6G 在水溶液中（10µm ，蓝色）和单层石墨烯表面上（红色）的拉曼光谱图。
所用激光是514nm ，数据采集时间分别是10s （蓝色）和50s （红色），其中以*标记的拉曼峰来自于SiO 2/Si 衬底，1588cm -1峰来自于石墨烯。
石墨烯拉曼增强散射石墨烯拉曼增强散射从本质上说，拉曼散射有时候会非常弱，因而通常需要一些信号增强技术，主要包括共振拉曼散射和表面增强拉曼散射。
尽管拉曼散射在贵金属（例如金、银或铜）表面有很大的增强效应，表面增强拉曼依然受到稳定性和重复性的限制。
因此，寻找一种廉价、化学惰性以及生物兼容性的拉曼增强衬底极为重要，而石墨烯就是一种具备上述特征的理想材料。
为了证明石墨烯的拉曼增强效应，我们比较了石墨烯衬底和SiO 2/Si 衬底上的拉曼信号。
使用真空蒸发方法，酞菁(P c )分子被吸附到不同的衬底上，然后使用相同的测试方法对不同衬底上的样品进行拉曼分析。
如图9所示，石墨烯上的P c 拉曼强度要远高于SiO 2/Si 上的强度。
以上结果表明石墨烯可能具有拉曼增强效应。
图9 Pc 在石墨烯表面（红色）和SiO 2/Si 表面（蓝色）的拉曼光谱图，测试激光为632.8nm 。
石墨烯上溶液中石墨烯上为了研究石墨烯片的层数对拉曼增强效应的影响，我们测试了样品在不同层数石墨烯衬底上的拉曼谱图。
从图10可以看出，石墨烯片的层数对拉曼散射增强效果的影响很大。
拉曼信号随着石墨烯片层数的增加而减弱。
总之，以上结果表明：使用单层石墨烯作为衬底不仅可以降低荧光背底，而且可以将拉曼信号增强2-15倍（取决于光谱特征）。
图10 Pc（a）和R6G（b）在不同层数石墨烯表面的拉曼光谱图。
蓝色、绿色和红色分别代表样品在单层石墨烯、多层（>5）石墨烯和石墨上测得的拉曼谱图。
仪器性能仪器性能从本文给出的不同样品分析结果可以看出，用拉曼光谱有效表征石墨烯需要一些特定的光谱仪性能。
高光谱分辨率可以检测到频率的微量位移或有效分开2D峰以获得石墨烯片层数信息。
因此，需要可靠的峰位校正来修正各种潜在的变动影响，确保峰位的准确性。
前面已经提过，峰位易受激发波长影响，因此使用很多不同波长的激光才能获取最多的谱图信息。
另外，需要选择合适的激光强度以避免烧毁样品。
拉曼成像有助于定位不同层数的石墨烯片和探测边缘缺陷。
最新开发出的快速成像方法（SWIFT TM, DuoScan TM）可以有效获取大面积样品图像并且极大地节省采集时间。
值得关注的是AFM和拉曼联用可同时获取石墨烯的结构、机械性能和电性能。
尖端增强拉曼光谱（TERS）也可用于分析石墨烯的纳米级属性以及表征局部缺陷是否存在。
结论结论石墨烯是一种新型纳米材料，将来有可能部分取代微电路和电脑芯片中的硅。
为了更好地理解石墨烯的品质特征，我们需要快速可靠的技术来准确测量它们的性能。
拉曼光谱已经成为研究这种优越材料的关键工具，同时还可以在石墨烯作为拉曼衬底来抑制荧光和增强弱拉曼信号方面开发出一些意想不到且引人注目的性能。
参考文献参考文献[1] “The rise of graphene”, A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nature Materials, 6, 183, 2007.[2] “Raman spectroscopy as a probe of graphene and carbon nanotubes”, M.S. Dresselhaus, Phil. Trans. R. Soc. A 28 vol. 366 no. 1863, 2008.[3] “Probing the Intrinsic Properties of Exfoliated Graphene:Raman Spectroscopy of Free-Standing Monolayers”, Stéphane Berciaud, Nano Lett, 9 (1), 2009.[4] “Raman Spectroscopy of Carbon Materials: Structural Basis Of Observed Spectra”, Y.Wang, D.C Alsmeyer and R. McCreery, Chem.Matter, 2, 1990.[4] “Double Resonant Raman Scattering in Graphite”, C. Thomsen and S. Reich, Phys. Rev. Lett.85, 5214 (2000).[6] “Perspectives on Carbon Nanotubes and Graphene Raman Spectroscopy”, M. S. Dresselhaus Nano Lett., 10 (3), 751–758 (2010).致谢致谢非常感谢法国原子能委员会萨克莱(C E A Sa c la y)中心的C.G lattli同意我们使用在他的样品上获得的拉曼成像谱图。
