| 发布日期：2021-01-06 |
谈到石墨烯，想必大家已经非常不陌生了，它是一种碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构（如下图所示）的碳质新材料。自2004年第一次制备得到独立的单层石墨烯以来，众多科学家展开了对石墨烯的研究。石墨烯真的是世界上已发现的最薄、最坚硬的物质了。据说如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯覆盖在一个杯子上，要是想用一支铅笔戳穿它，那必须要一头大象站在铅笔上！
石墨烯以其非凡的性质在多个领域都展现出广阔的应用前景，例如复合材料、纳电子器件领域、光子传感器、超级电容器。它还可能制造出下一代超级计算机，“太空电梯”的缆线（一种联接卫星和地面的缆线，那时的卫星就变成了有线的风筝）等等……
这也太炫酷了吧，难怪国内外研究石墨烯的队伍越来越庞大了~
在石墨烯的研究中，表征石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷多少、边缘结构、张力和掺杂状态等结构性质是至关重要的一部分。拉曼光谱法早已被列为石墨烯常用的表征方法之一，除此之外还有TEM、AFM、XRD，以及IR等表征方法。其实无论使用哪种方法对石墨烯的形貌和结构进行表征都存在一定的局限性，往往需要同时使用多种方法共同表征。拉曼光谱在石墨烯表征中起到的作用是：1.表征石墨烯的层数，并且Raman在这方面具有独特优势；2.能够反映石墨烯的缺陷，这是石墨烯质量判断的一个关键指标。
下图是一张典型的石墨烯拉曼光谱图。
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（也被称为2D峰）。G峰（出现在1580cm-1附近）是石墨烯的主要特征峰，它是由sp2碳原子的面内振动引起的，该峰能有效反映石墨烯层数，但极易受应力影响。D峰（出现在1350 cm-1左右）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（出现在2700cm-1左右）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，它的出峰频率也会受激光波长的影响。
石墨烯的拉曼光谱表征对拉曼设备也提出了较高的要求。由于石墨烯的单层厚度在原子量级，这就要求拉曼光谱设备必须要具有很高的空间分辨率，并且打在样品表面上的激光光斑直径要尽可能的小。如海的MR-3CHANNEL三通道微区拉曼光谱仪可以满足上面的两点要求，完全可用于石墨烯的表征。
MR-3CHANNEL由拉曼光谱仪、拉曼共焦模块、显微成像系统构成，其中光谱模块可以选择 405nm、532nm、633nm、785nm、830nm、1064nm的激发波长，并且可在软件上直接进行不同激发波长的切换，即可实现多波长拉曼的快速自动检测。若选配自动平台，MR系列还可以实现自动点扫描进行高光谱成像。
下图展示了532nm拉曼模块对2个不同的石墨烯样品进行的测试结果，如下图所示：
结果表明MR-3CHANNEL可以测得石墨烯的D峰、G峰和2D峰，且谱峰信噪比很高。此外还可以检测出相对强度较弱的一些二阶和频与倍频拉曼峰，如D+D’、D+D’’、2D’，这些拉曼信号通常因为信号过弱而被噪声掩盖，对这些弱信号进行拉曼光谱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。
