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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)都可以起到互補的作用。例如，電鏡與XRD、拉曼可以在結(jié)構(gòu)表征中進行互補。紅外、XPS和拉曼可以在化學基團的表征中進行互補。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行機理解釋，這對于深入理解碳材料的性質(zhì)非常有助。
在這些表征方法中，拉曼光譜所表達的信息是極其豐富的。并且拉曼的測量方式是非破壞性、非接觸式的，因此在過去40多年間有非常多學者投身于碳材料拉曼光譜學的研究。
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)鍵的伸縮振動模，與石墨化程度有關(guān)；其峰寬與峰強也與缺陷有關(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向低波數(shù)移動。
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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有一張拉曼光譜圖。接下來為大家介紹一個使用安東帕Cora5001拉曼光譜儀檢測石墨烯的實際應(yīng)用案例，目的是為了評價石墨烯的兩種制備方法。
EXPERIMENT
實 驗 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試中，有2點需要額外注意：
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一般在做碳材料拉曼檢測時，儀器不需要做基線校正設(shè)置。因為若遇到一些碳材料的拉曼特征峰較寬時，進行基線校正可能會除去這種峰。
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需要謹慎選擇光譜平滑參數(shù)。因為平滑有可能會對峰位和峰強造成細微改變，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中的藍色曲線），雖然基線能夠更平滑，但對于峰強的影響會越大。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)自身特點做調(diào)整。并且在光譜平滑之前，數(shù)據(jù)不要進行任何插值處理，只需從儀器中導出最原始的數(shù)據(jù)即可。
RESULT
實 驗 結(jié) 果
不同的石墨烯制備方法[1]有可能會影響其結(jié)構(gòu)特性，使用Cora5001拉曼光譜儀測試的2種石墨烯樣品的測試結(jié)果如圖2和Table2所示。主要從兩方面進行表征：
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峰是不會出現(xiàn)的。但從圖2中，可以看到兩個樣品均出現(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為是單層石墨烯。而化學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)用價值。
References
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