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拉曼光譜
在碳材料制備研究中，常用到TEM、SEM、X射線衍射（XRD）、紅外光譜、X射線光電子能譜（XPS）以及拉曼光譜：
這些方法中很多技術(shù)都可以起到互補(bǔ)的作用。例如，電鏡與XRD、拉曼可以在結(jié)構(gòu)表征中進(jìn)行互補(bǔ)。紅外、XPS和拉曼可以在化學(xué)基團(tuán)的表征中進(jìn)行互補(bǔ)。有些碳材料具備特殊的發(fā)光性質(zhì)、電性質(zhì)等，都可以通過一系列的表征手段進(jìn)行機(jī)理解釋，這對(duì)于深入理解碳材料的性質(zhì)非常有助。
在這些表征方法中，拉曼光譜所表達(dá)的信息是極其豐富的。并且拉曼的測(cè)量方式是非破壞性、非接觸式的，因此在過去40多年間有非常多學(xué)者投身于碳材料拉曼光譜學(xué)的研究。
在碳材料制備研究中使用拉曼光譜的主要目的是結(jié)構(gòu)信息的表征，碳材料特征拉曼峰位所對(duì)應(yīng)的一般性解釋如下：
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G峰：在1580cm-1附近，歸屬于碳原子面內(nèi)鍵的伸縮振動(dòng)模，與石墨化程度有關(guān)；其峰寬與峰強(qiáng)也與缺陷有關(guān)；峰位與碳材料形態(tài)也有一定關(guān)系，如在碳納米管中該峰會(huì)向低波數(shù)移動(dòng)。
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D峰：在1350cm-1附近，歸屬于無序誘發(fā)的六邊形布里淵區(qū)的邊界振動(dòng)模，用于缺陷表征。
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ID/G：常用來描述石墨結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺陷的密集度。
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2D峰（也被稱為G’峰）：在2680cm-1附近，用于表征石墨烯樣品中碳原子的層間堆垛方式（或?qū)訑?shù)）。
拉曼光譜在表征碳材料的晶格缺陷、層數(shù)和形態(tài)等結(jié)構(gòu)信息方面是目前其他分析技術(shù)所無法替代的。目前在碳材料的論文中至少都會(huì)有一張拉曼光譜圖。接下來為大家介紹一個(gè)使用安東帕Cora5001拉曼光譜儀檢測(cè)石墨烯的實(shí)際應(yīng)用案例，目的是為了評(píng)價(jià)石墨烯的兩種制備方法。
EXPERIMENT
實(shí) 驗(yàn) 過 程
樣品為2種石墨烯：一種是采用CVD法在硅片上生長的石墨烯；另一種是采用化學(xué)溶液沉積法在玻璃載玻片上生長的石墨烯。Table1為拉曼光譜采集參數(shù)。
圖1：選用不同LOWESS平滑窗口處理的拉曼光譜
在碳材料拉曼光譜測(cè)試中，有2點(diǎn)需要額外注意：
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一般在做碳材料拉曼檢測(cè)時(shí)，儀器不需要做基線校正設(shè)置。因?yàn)槿粲龅揭恍┨疾牧系睦卣鞣遢^寬時(shí)，進(jìn)行基線校正可能會(huì)除去這種峰。
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需要謹(jǐn)慎選擇光譜平滑參數(shù)。因?yàn)槠交锌赡軙?huì)對(duì)峰位和峰強(qiáng)造成細(xì)微改變，直接為數(shù)據(jù)分析引入誤差。常用的平滑方法有S-G平滑、FFT濾波器和LOWESS平滑。在本案例中使用的是LOWESS平滑，選擇的平滑窗口越寬（如圖1中的藍(lán)色曲線），雖然基線能夠更平滑，但對(duì)于峰強(qiáng)的影響會(huì)越大。在本案例中，取最小的平滑窗口是*優(yōu)的。因此，碳材料的光譜處理都需要根據(jù)自身特點(diǎn)做調(diào)整。并且在光譜平滑之前，數(shù)據(jù)不要進(jìn)行任何插值處理，只需從儀器中導(dǎo)出最原始的數(shù)據(jù)即可。
RESULT
實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果
不同的石墨烯制備方法[1]有可能會(huì)影響其結(jié)構(gòu)特性，使用Cora5001拉曼光譜儀測(cè)試的2種石墨烯樣品的測(cè)試結(jié)果如圖2和Table2所示。主要從兩方面進(jìn)行表征：
圖2：使用CVD法在硅片上生長的石墨烯的拉曼光譜（上）；以及使用化學(xué)溶液沉積法在玻璃上生長的石墨烯的拉曼光譜（下）
缺陷分析
在很好的石墨烯中，D峰是不會(huì)出現(xiàn)的。但從圖2中，可以看到兩個(gè)樣品均出現(xiàn)了D峰，說明都是存在缺陷的[2]。但CVD法制備的石墨烯的ID/G低于化學(xué)沉積法石墨烯，因此CVD法石墨烯的缺陷更少[3,4]。
G峰也與缺陷有關(guān)，G峰的半峰寬越小，且強(qiáng)度越低，則缺陷就越少[2]。通過觀察G峰，也可以得出CVD石墨烯缺陷更少的結(jié)論。
層數(shù)分析
石墨烯的2D峰包含了層數(shù)的信息。A2.??/A??（峰面積） 的比值越高，則層數(shù)越少[5]，若接近4時(shí)就意味著接近單層石墨烯[6]。 2D峰的半峰寬越窄，則層數(shù)越少[5]。在Table2中，CVD法合成的石墨烯的峰面積比值A(chǔ)2.??/A??為3.74，因此，CVD法石墨烯可以被近似的認(rèn)為是單層石墨烯。而化學(xué)沉積法合成的石墨烯的2D峰的峰寬較寬，因此該石墨烯的層數(shù)是更多的。
因此在本例中CVD法制備的石墨烯要優(yōu)于化學(xué)溶液沉積法。拉曼光譜在碳材料制備研究中已經(jīng)成為了*的表征技術(shù)，也為碳材料的制備方法、制備條件的優(yōu)化提供大量有用數(shù)據(jù)。安東帕Cora5001便攜式拉曼光譜儀希望在更多的科研研究中以及工業(yè)過程監(jiān)控中發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。
References
[1] S. A. Bhuyan, N. Uddin, M. Islam, F. A. Bipasha, S. S. Hossain; Int. Nano. Lett. 2016, 6, 65; DOI: 10.1007/s40089-015-0176-1.
[2] L. G. Cançado, A. Jorio, E. H. Martins Ferreira, F. Stavale, C. A. Achete, R. B. Capaz, M. V. O. Moutinho, A. Lombardo, T. S. Kulmala, A. C. Ferrari; Nano Lett. 2011, 11, 3190; DOI: 10.1021/nl201432g.
[3] A. C. Ferrari; Solid State Commun. 2007, 143, 47; DOI: 10.1016/j.ssc.2007.03.052.
[4] F. Tuinstra, J.L. Koening; J. Chem. Phys. 1970, 53, 1126; DOI: 10.1063/1.1674108.
[5] Y. Hao, Y. Wang, L. Wang, Z. Ni, Z. Wang, R. Wang, C. K. Koo, Z. Shen, J. T. L. Thong; small 2010, 6, 195; DOI: 10.1002/smll.200901173.
[6] A. Das, B. Chakraborty, A. K. Sood; arXiv preprint 2007; ARXIV: 0710.4160.
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