石墨烯拉曼光譜測試詳解（一）典型拉曼光譜圖

就石墨烯的研究來說，確定其層數以及量化無序性是至關重要的。激光顯微拉曼光譜恰好就是表征上述兩種性能的標準理想分析工具。通過測量石墨烯的拉曼光譜我們可以判斷石墨烯的層數、堆垛方式、缺陷多少、邊緣結構、張力和摻雜狀態等結構和性質特征。本文材料+小編將為大家揭秘石墨烯拉曼光譜測試。

2004年英國曼徹斯特大學的A.K.Geim領導的小組首次通過機械玻璃的方法成功制備了新型的二維碳材料-石墨烯（graphene）。自發現以來，石墨烯在科學界激起了巨大的波瀾，它在各學科方面的優異性能，使其成為近年來化學、材料科學、凝聚態物理以及電子等領域的一顆新星。

就石墨烯的研究來說，確定其層數以及量化無序性是至關重要的。激光顯微拉曼光譜恰好就是表征上述兩種性能的標準理想分析工具。通過測量石墨烯的拉曼光譜我們可以判斷石墨烯的層數、堆垛方式、缺陷多少、邊緣結構、張力和摻雜狀態等結構和性質特征。此外，在理解石墨烯的電子聲子行為中，拉曼光譜也發揮了巨大作用。

石墨烯的拉曼光譜由若干峰組成，主要為G峰，D峰以及G^’峰。G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp²碳原子的面內振動引起的，它出現在1580cm^-1附近，該峰能有效反映石墨烯的層數，但極易受應力影響。D峰通常被認為是石墨烯的無序振動峰，該峰出現的具體位置與激光波長有關，它是由于晶格振動離開布里淵區中心引起的，用于表征石墨烯樣品中的結構缺陷或邊緣。G^’峰，也被稱為2D峰，是雙聲子共振二階拉曼峰，用于表征石墨烯樣品中碳原子的層間堆垛方式，它的出峰頻率也受激光波長影響。舉例來說，圖1^[1]為514.5nm激光激發下單層石墨烯的典型拉曼光譜圖。其對應的特征峰分別位于1582cm^-1附近的G峰和位于2700cm^-1左右的G^’峰，如果石墨烯的邊緣較多或者含有缺陷，還會出現位于1350cm^-1左右的D峰，以及位于1620cm^-1附近的D^’峰。

圖1 514nm激光激發下單層石墨烯的典型拉曼光譜圖^[1]

當然對于sp²碳材料，除了典型的拉曼G峰，D峰以及G^’峰，還有一些其它的二階拉曼散射峰，大量的研究表明石墨烯含有一些二階的和頻與倍頻拉曼峰，這些拉曼信號由于其強度較弱而常常被忽略。如果對這些弱信號的拉曼光譜進行分析，也可以很好地對石墨烯中的電子-電子、電子-聲子相互作用及其拉曼散射過程進行系統的研究。