拉曼光谱表征石墨烯材料研究进展_李坤威 2017
拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用研究
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。
石墨烯能否作为拉曼散射的基底
石墨烯能否作为拉曼增强的基底北京国家分子科学实验室，物理、化学纳米器件重点实验室，稳定和不稳定物质类，结构化学国家重点实验室，化学和分子工程大学，北京大学，北京100871，应用有机化学国家重点实验室，兰州大学，电气工程和计算机科学部，麻省理工学院。
摘要：石墨烯是一种二维蜂巢状结晶结构的单层碳原子（carbon atoms），是一种具有许多非常好的属性的特殊材料。
在最近的研究中，我们将会讨论石墨烯作为增强吸附分子拉曼信号的基底的可能性。
酞花青染料（PC）,若丹明6G，原卟啉（PPP），结晶紫（CV），都是非常流行的广泛应用于拉曼探测的分子，都可通过真空蒸发（vacuum evaporation）和溶解浸透（solution soaking）的方法同样的堆积在石墨烯和sio2基底上。
通过比较单层石墨烯和sio2基底分子的拉曼信号，我们检测到在单层石墨烯上的拉曼信号强度比sio2上的强度大了很多，表明在单层石墨烯分子表面有一个比较清晰的增强作用。
用溶解浸透做时，即使是浓度（concentration）低到10-8mol/L或者更低时分子的拉曼信号仍然是可见的。
更有趣的是，在单层、几层、多层石墨烯、石墨、高度有序的电解石墨（HOPG）上做实验时的拉曼增强效率是不一样的。
在多层石墨烯上的拉曼信号甚至弱于sio2基底，在石墨和HOPG上的信号极其微弱。
把sio2基底上的拉曼信号作为参考，在单层石墨烯表面的拉曼增强因子可以通过拉曼强度比率来获得，在不同拉曼峰处拉曼增强因子也不同，范围大概是2——17左右。
与此同时，我们发现拉曼增强因子可以通过与分子共振对称性相符合的三个级别来加以区别。
我们把这种增强归功于石墨烯和微粒之间的电荷转移，也就是化学增强。
这是一种新的现象，可以以此来拓宽石墨烯在微量分析上的应用，也便于我们研究石墨烯和SERS 的基本性质。
拉曼光谱在描绘材料结构上是一种重要且非常有用的工具。
然而，由于低散射横截面，微弱的拉曼强度导致了低灵敏度，这也是为什么拉曼光谱的应用被忽视了很多年的原因。
29--拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用
* E-mail: jinzhang@ Received September 6, 2013; published November 3, 2013. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21233001, 21129001, 51272006 and 51121091) and the Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China (No. 2011YQ0301240201 and 2011CB932601). 项目受国家自然科学基金(Nos. 21233001, 21129001, 51272006 和 51121091)和科技部项目(Nos. 2011YQ0301240201 和 2011CB932601)资助.
量的研究表明扭转的双层石墨烯由于层间耦合较弱其而当扭转角小于15左右时这个线性的色散关系会被破坏能带结构会变为抛物线型5a给出了单层石墨烯及其折叠区域即扭转的双层石墨烯的拉曼谱图在5145nm激光激发下折叠区域的g峰半峰宽较单层石墨烯更小频率向高波数位移当激光波长减小至488nm两者差异几乎消失了这是由于扭转的双层石墨烯层间耦合较弱其电子色散曲线并未发生裂分g峰仍表现为单个的洛伦兹峰型82如图5b所示与扭转的双层石墨烯类似少层石墨烯经折叠之后拉曼光谱仍然保持了未折叠区域的光谱特征41大多数扭转的双层石墨烯的拉曼光谱仍然保持了单层石墨烯的拉曼特征g峰表现为单个的洛伦兹峰型且其强度大于g但对于某些扭转角在某一特定波长的激光激发下峰强度会极大地增强其强度会达到单层石墨烯的数十倍388384图5c为633nm激光激发下单层石墨烯和扭转角为31027的双层石与单层石墨烯相比扭转的双层石墨cm1强度对角度有着较强的依赖性峰强度在扭转角为10左右时达到最大aba和abc堆垛的三层石墨烯的ag峰拉曼光谱5173插图为aramanspectraabcstackedtrilayergraphene5173insetsramanimagesbandrespectively综述actachim
石墨烯基材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展
石墨烯基材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展
程莎;宫象秀;类延华;黄连喜;王萍;李剑;丁明善
【期刊名称】《分析仪器》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】自发现石墨烯增强拉曼散射(GERS)以来,石墨烯基SERS基底的理论研究与应用受到广泛关注。
综述了该领域的最新研究进展,并分析了石墨烯在SERS基底中的作用。
归纳了石墨烯基SERS基底的分类和制备方法,以解析其结构与性能间的关系。
重点总结了石墨烯基材料在食品安全、环境监测和生物医学领域的SERS应用。
最后,对石墨烯基SERS基底未来发展前景进行了展望。
【总页数】6页(P7-12)
【作者】程莎;宫象秀;类延华;黄连喜;王萍;李剑;丁明善
【作者单位】青岛市产品质量检验研究院;上海海事大学海洋材料科学与工程学院;青岛市计量技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】O65
【相关文献】
1.氧化石墨烯与水溶性酞菁铜的表面增强拉曼散射光谱特性研究
2.石墨烯-银纳米颗粒复合结构制备工艺优化及表面增强拉曼光谱特性
3.Au@石墨烯量子点复合材料的制备及表面增强拉曼散射应用
4.铜纳米颗粒/石墨烯复合材料的高导电性及表面增强拉曼性能研究
5.纤维素复合材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展
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光学论文石墨烯拉曼光谱表征综述
石墨烯拉曼光谱表征综述综述了石墨烯的能带结，拉曼光谱的原理，和使用Raman光谱分析研究石墨烯结构的方法，并分析了石墨烯几个特征峰的由来。
关键词：石墨烯拉曼光谱狄拉克点PACC: 3320F1.引言石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点。
Raman光谱分析作为一种结构分析手段，具有无损伤、快速、可重复等优越性，已经被广泛应用于各物理学科中。
使用Raman光谱研究石墨烯的结构，可发现Raman光谱上会出现若干特征峰，这与石墨烯晶格内AB 原子的电子在狄拉克锥内发生谷内散射和谷间散射有关。
2. 石墨烯能带结构石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，如图 1 左边所示。
每个碳原子都具有四个价电子，并按平面正三角形等距离的和3个碳原子相连，每个碳原子以sp2 杂化和周围的3个碳原子形成3个σ键。
在垂直于石墨层的方向上还剩余的一个2pz轨道和一个价电子与近邻原子相互作用形成贯穿于整个石墨层的离域π键。
由于位于平面内σ键的3个电子并不参与导电，†通讯联系人．E-mail: cmzhang@因此我们在计算石墨烯的能带结构时只考虑位于π键上的那一个电子。
图1 石墨烯的晶格结构及相对应的倒空间和布里渊区石墨烯的每个原胞包含两个不等价的碳原子A和B，它们之间的键长a=1。
42 Å。
如图1 左边所示，取晶格的基矢为：那么相应的倒格子基矢为：由此，可以计算出石墨烯倒空间中第一布里渊区六个顶点的坐标位置，分别为：与晶格相对应，倒空间的每个原胞也只包含两个不等价的点，即图1 右边所标示的K 和K ’点。
在紧束缚近似下，只考虑最近邻原子间的相互作用。
而对于每一个碳原子来说，它有3个最近邻原子。
最终可计算出石墨烯的本征能量为:式中的正负号分别对应导带和价带，x k 和y k 是倒格矢k 在(x ，y)上的分量。
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。
拉曼光谱法表征石墨烯晶界
拉曼光谱法表征石墨烯晶界李秀婷;应豪;陈珊珊【摘要】化学气相沉积法制备的石墨烯为多晶,其晶界缺陷对石墨烯的电学、热学等各性能有显著影响.快速、有效地观察石墨烯的晶界分布对石墨烯的应用研究有重要意义.对石墨烯进行热处理以增强石墨烯的缺陷,发现热处理后石墨烯边界和晶界处的拉曼缺陷峰有明显增强,而晶畴内石墨烯的缺陷峰基本没有变化.为此,应用热处理法并结合拉曼光谱及其面扫描技术,可直观地表征出满层石墨烯的晶界分布并测定单晶尺寸.该方法不限制石墨烯样品的衬底,可以快速有效地鉴别出石墨烯晶界分布,为石墨烯晶粒尺寸的判断提供了一种简单有效的方法.【期刊名称】《曲靖师范学院学报》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】6页(P18-23)【关键词】石墨烯;拉曼光谱;晶界;缺陷;化学气相沉积【作者】李秀婷;应豪;陈珊珊【作者单位】厦门大学物理科学与技术学院,福建厦门361005;厦门大学物理科学与技术学院,福建厦门361005;厦门大学物理科学与技术学院,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】O484.12004年,曼彻斯特大学的Andre Geim和Konstantin Novoselov两位科学家利用机械剥离法获得仅一个原子层厚的二维晶体石墨烯，首次报导了电子在石墨烯中的无质量狄拉克费米子行为[1]，掀起了石墨烯性质及应用的研究热潮．具有sp2杂化碳原子紧密排列的六角蜂窝状结构的石墨烯，展现出许多优异的特性，包括高透光度(单层石墨烯透光率可达97.7%[2])；高机械强度[3]；高载流子迁移率[4]和高热导率等[5]．这些优异的性能，使其在透明导电膜、场效应晶体管、传感器、储能材料等领域都具备极大的应用前景[6-8]．石墨烯的可控制备是其在各领域应用的基础．目前，石墨烯的制备方法包含机械剥离法[9]、氧化还原法[10-11]、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)[12]等．其中，CVD法因可以获得大面积、结构规整的高质量石墨烯而广泛应用．然而CVD法制备的石墨烯薄膜为多晶，晶界缺陷的存在极大的影响了石墨烯的晶体质量和结构性能，因此确认辨别CVD石墨烯晶界是十分有意义的．表征石墨烯晶界缺陷的常用方法是利用透射电子显微镜(TEM)或者扫描隧道显微镜(STM)技术[13-15]，对石墨烯进行原子成像，并获取晶体缺陷信息．这些方法不仅制样困难，测试更是费时费力．另外也有研究组提出利用热氧化法表征金属衬底CVD石墨烯的晶界缺陷[16]，然而该方法仅适用于部分活泼金属衬底上所制备的石墨烯，应用面狭窄．拉曼光谱法是一种利用声子散射效应的无损检测技术，因其高效率和无损害等优势，成为了石墨烯性能研究的重要工具之一[17-18]．然而受限于拉曼光谱的分辨率，拉曼光谱法研究石墨烯晶体缺陷仅适用于高缺陷密度的石墨烯样品．为此多个研究组利用氧等离子、氩离子轰击等[19-20]方式破坏石墨烯结构并提高材料缺陷密度，进一步结合拉曼光谱，研究石墨烯的缺陷和晶界结构．本文利用热处理法增强石墨烯的边界和晶界缺陷，研究热处理前后晶界缺陷处拉曼光谱的变化特征，进一步结合拉曼光谱面成像法，可以快速、简便标定CVD石墨烯的晶界和晶粒尺寸．本实验采用CVD法制备石墨烯样品，材料制备系统如图1a所示．选择铜箔(厚度25μm，纯度为99.8%, Alfa Aesar)作为反应衬底，先利用过硫酸铵溶液(1mol/L)处理去除铜箔表面的氧化物，再分别用去离子水和酒精清除铜箔表面残留溶液，最后用氮气吹干铜箔．进一步将铜箔折成“铜盒子”状[21]，放入管式炉恒温区中，并开始抽真空．当石英管中气压达到本底真空(约4×10-1Pa)时，开始加热，并保持通入10sccm的氢气；当温度升至1030℃时，维持氢气气氛进行10min的退火，以进一步清除附着在铜箔表面的有机物或氧化物，并使铜箔表面重结晶以利于后续石墨烯的生长；紧接着，通入适量的甲烷进行石墨烯生长；生长结束后，切断电源，炉体快速降温．在制备的过程中可以通过控制甲烷和氢气的流量以及生长时间等条件来控制石墨烯的尺寸大小以及形貌．如图1b-d所示，通过调节不同的甲烷与氢气流量，适当控制制备时间，利用扫描电子显微镜(SEM)可以观察到晶粒尺寸为5～500μm的亚单层石墨烯．而不同的制备条件均可通过延长生长时间来获得满层的石墨烯薄膜，SEM图像观察到均匀的满层薄膜(图1e)，无法分辨石墨烯晶界位置和晶粒尺寸．为了便于石墨烯的进一步表征，实验采用湿法腐蚀转移法将样品转移到300nm SiO2/Si基底上．利用PMMA(polymethyl methacrylate)作为转移支撑材料旋涂于铜箔表面，使用过硫酸铵溶液(1mol/L)溶解铜衬底，再用硅片捞起样品，并用丙酮去除PMMA，便可获得干净的石墨烯薄膜样品．实验采用488nm激光器的共聚焦显微Raman光谱仪(WITec Alpha 300)对转移在硅片衬底的石墨烯样品进行加热处理并在位检测．图2a为亚单层石墨烯的光学显微图像，对图中的点1(石墨烯晶畴内)和2(石墨烯边界)分别采集了热处理前后的拉曼光谱．其中，峰位在～1350cm-1为石墨烯的缺陷峰D峰，可用于评估石墨烯的缺陷水平和杂质含量；G峰位于～1580cm-1对应于布里渊区中心的E2g 光学膜声子；2D峰(～2700cm-1)一般认为是D峰的倍频峰[22-24]．通过观察石墨烯这三个特征峰的强度、形状和位置等可以判断石墨烯的层厚、结构、掺杂等信息．例如，单层石墨烯G峰和2D峰峰强比值IG/I2D可用于判断石墨烯层厚，IG/I2D～0.5时表征单层石墨烯，IG/I2D～1时对应为双层石墨烯．D峰则受晶体缺陷密度的影响较大，可利用石墨烯的D峰和G峰峰强比值(ID/IG)来判别石墨烯的晶体质量和缺陷密度，通常高质量石墨烯的缺陷峰很微弱．首先，从点1处的拉曼光谱图(图2b)可以清楚观察到在加热前后石墨烯均没有出现明显的D峰，由此可以说明所制备亚单层石墨烯的晶体质量很好，因其紧密结合的碳六元环，在一定温度的加热处理下不会造成石墨烯结构的破坏 [25]．同时，在图2b-c中观察到石墨烯的D峰、G峰、2D峰均会随着温度的升高向低频方向移动，这主要是由于温度升高增强了声子的非谐散射而引起峰位的红移[26-27]．热处理除了对石墨烯的峰位有影响以外，还对石墨烯边界处的D峰有很大的影响．图2c插图中清晰展示边界点2处石墨烯ID/IG在加热温度超过100℃之后，随着温度的升高而逐渐增大．这主要是因为石墨烯的边界存在大量的悬挂键,这些悬挂键加热后会与空气中的氧等物质结合，形成sp3杂化的碳—氧键等，从而导致缺陷峰强增强[28-29]．对石墨烯边界的D峰进行拉曼面扫描，如图2d所示，在热处理前，室温下石墨烯D峰的面扫描图几乎分辨不出石墨烯晶畴边界的形貌，只有小部分非常微弱的亮条纹，说明室温下石墨烯边界结构虽不稳定但没有外部提供能量，很难造成空位或是sp3的缺陷．当温度加热至200℃ 时，可以明显地发现扫描图中出现M 型亮条纹，与光学图2a白色方框中的石墨烯边界形貌一致，且其他部分并未出现新的亮点，这充分说明了热处理只造成石墨烯边界处的缺陷增强．紧接着，将加热后的样品放置至室温24℃后再进行拉曼面扫描，边界的缺陷不仅没有消失反而更明显，这主要是因为热处理对石墨烯造成的缺陷是不可逆的，并且高温加热除了使边界悬挂键与空气中的氧等物质结合以外，还会使一些不稳定的结合键被打断，显现出更多的缺陷．这一系列实验数据为进一步应用拉曼光谱探究判别石墨烯的晶界的可行性奠定了基础．石墨烯的晶界缺陷往往存在很多的五元环、七元环[30-31]，这些结构缺陷会导致晶体结构的不稳定．进一步选取两个相连接的石墨烯晶粒进行拉曼表征．图3a中展示了多个花瓣状的石墨烯晶粒的光学显微图，白色方框区域包含了两个成核点，说明该区域中间存在石墨烯的晶界．通过对样品进行了加热处理，并放置至室温后对白色方框区域进行拉曼扫描以辨别出两朵花瓣间晶界的位置，如图3c展示了样品加热200℃后，石墨烯的D峰、G峰、2D峰的拉曼面扫描图，且通过观察D 峰的面扫描图，可以看到石墨烯晶粒边界处出现亮纹，这与图2观察到的结果一致．此外，可清晰看到从石墨烯成核点出发到石墨烯边界出现了多条白色亮条纹，这些亮条纹表明该石墨烯晶粒由多个石墨烯单晶组成，这与此前报导发现的花瓣状石墨烯晶粒每个花瓣晶体结构不同的实验结果相符[31]．两个石墨烯晶粒边界出现在D峰扫描图的“1”号亮条纹处，结合G峰、2D峰的面扫描图，除了成核位置因多层石墨烯而出现高亮外，整个石墨烯薄膜亮度均匀，排除了D峰面扫描图中的亮条纹是褶皱的可能性，也进一步验证热处理只对结构不稳定的石墨烯边界、晶界有影响．在此基础上，对“1”号晶界处不同温度下的石墨烯拉曼谱峰进行采集分析(图3b)，可以明显观察到D峰在室温下的微弱信号会随加热温度升高而逐渐增强．图3b插图展示出晶界处ID/IG随温度的升高明显增强，与前面所观察到石墨烯边界处的变化规律类似，且ID/IG增强效果更显著．进一步选用满层CVD石墨烯进行拉曼光谱表征来判别晶界位置，如图4a所示，在光学图像中满单层石墨烯衬度均匀，无法分辨出石墨烯的晶界，仅可以通过少量多层位置辨别出石墨烯晶粒的成核位置．为了分析方便，选择包含两个多层成核点的白色方框区域进行变温前后拉曼光谱分析．点1为单层石墨烯区域，可以看到单层石墨烯的IG/I2D比值约为0.5，无明显缺陷峰，说明该石墨烯样品的质量较高，加热后依然未出现缺陷峰，说明1处不是石墨烯晶界．点2为包含双层石墨烯的晶粒成核位置，该处石墨烯的IG/I2D比值约为1，说明点2处的双层石墨烯为AB堆叠结构，无明显缺陷峰，且随温度升高缺陷峰没有出现．点3处为包含多层石墨烯的晶粒成核位置，石墨烯IG/I2D比值约为0.3，说明该位置多层石墨烯为非AB堆叠结构[32]，室温下有一个峰强较弱的D峰，且该缺陷峰的强度随温度升高明显增强．通过对比24℃与200℃热处理后石墨烯D峰的面扫描图(图4 c-d)，可明显观察到热处理后晶粒成核点2和3之间出现一条竖条纹，为两个晶粒之间的晶界．由2号成核点出发也出现了多条亮条纹，类似在图3中观察到的以成核点为中心的花瓣状晶界．从D峰扫描图观察到成核点3所在石墨烯晶粒尺寸约为15μm．因此，本文通过对边界、晶界等具有不稳定结构位置进行热处理，利用拉曼光谱和面扫描技术对热处理后的样品进行表征，可以有效地鉴别出满层石墨烯的晶界缺陷位置和辨认晶粒尺寸．本文利用石墨烯边界存在的大量悬挂键以及晶界处有不稳定的五七环结构，对样品进行不同温度的热处理，采集不同温度下边界与晶界处石墨烯的D峰峰强与G峰峰强比值(ID/IG)，发现ID/IG在加热100℃以上随温度升高比值越高，而晶筹内的石墨烯并未出现缺陷峰．为此，应用简便的热处理方法增强石墨烯缺陷，结合拉曼光谱及其面扫描技术，从D峰面扫描图可以直观展示出石墨烯的晶界分布以及晶粒尺寸．相比于其它晶界的鉴别方法，本文巧妙地利用了温度对晶界缺陷的影响，并结合了拉曼光谱技术，可以直接在任何绝缘衬底上快速、有效鉴别出满层石墨烯的晶界分布．【相关文献】[1] Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films [J]. Science, 2004, 306(5696): 666-669.[2] Nair R R, Blake P, Grigorenko A N, et al. Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene [J]. Science, 2008, 320(5881): 1308-1308.[3] Lee C, Wei X D, Kysar J W, et al. Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene [J]. Science, 2008, 321(5887): 385-388.[4] Bolotin K I, Sikes K J, Jiang Z, et al. Ultrahigh Electron Mobility in Suspended Graphene [J]. Solid State Communications, 2008, 146(9-10): 351-355.[5] Balandin A A, Ghosh S, Bao W Z, et al. Superior Thermal Conductivity of Single-Layer Graphene [J]. Nano Letters, 2008, 8(3): 902-907.[6] Kim K S, Zhao Y, Jang H, et al. Large-Scale Pattern Growth of Graphene Films for Stretchable Transparent Electrodes [J]. Nature, 2009, 457(7230): 706-710.[7] Schedin F, Geim A K, Morozov S V, et al. Detection of Individual Gas Molecules Adsorbed on Graphene [J]. Nature Materials, 2007, 6(9): 652-655.[8] Dimtrakakis G K, Tylianakis E, Froudakis G E. Pillared Graphene: A New 3-D Network Nanostructure for Enhanced Hydrogen Storage [J]. Nano Letters, 2008, 8(10): 3166-3170.[9] Geim A K, Novoselov K S. The Rise of Graphene [J]. Nature Materials, 2007, 6(3): 183-191.[10] Li X L, Wang X R, Zhang L, et al. Chemically Derived, Ultrasmooth Graphene Nanoribbon Semiconductors [J]. Science, 2008, 319(5867): 1229-1232.[11] Si Y C, Samulski E T. Synthesis of Water Soluble Graphene [J]. Nano Letters, 2008, 8(6): 1679-1682.[12] Li X S, Cai W W, An J H, et al. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils [J]. Science, 2009, 324(5932): 1312-1314.[13] Kim K, Lee Z, Rrgan E, et al. Grain Boundary Mapping in Polycrystalline Graphene [J].ACS Nano, 2011, 5(3): 2142-2146.[14] Yu Q K, Jauregui L A, Wu W, et al. Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapour Deposition [J]. Nature Materials, 2011, 10: 443-449.[15] Gao L, Guest J R, Guisinger N P. Epitaxial Graphene on Cu(111) [J]. Nano Letters, 2010, 10(9): 3512-3516.[16] Duong D L, Han G H, Lee S M, et al. Probing Graphene Grain Boundaries with Optical Microscopy [J]. Nature, 2012, 490(7419): 235-239.[17] Mafra D L, Kong J, Sato K, et al. Using Gate-Modulated Raman Scattering and Electron-Phonon Interactions to Probe Single-Layer Graphene: A Different Approach to Assign Phonon Combination Modes [J]. Physical Review B, 2012, 86(19): 195434.[18] Ferrari A C, Meyer J C, Scardaci V, et al. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers [J]. Physical Review Letters, 2006, 97(18): 187401.[19] Zandiatashbar A, Lee G H, An S J, et al. Effect of Defects on the Intrinsic Strength and Stiffness of Graphene [J]. Nature Communications, 2014, 5：3186.[20] Cancado L G, Jorio A, Martins E H, et al. Quantifying Defects in Graphene via Raman Spectroscopy at Different Excitation Energies [J].Nano Letters, 2011, 11(8): 3190-3196. [21] Li X S, Magnuson C W, Venugopa L A, et al. Large-Area Graphene Single Crystals Grown by Low-Pressure Chemical Vapor Deposition of Methane on Copper [J]. Journal of the American chemical society, 2011, 133(9): 2816-2819.[22] Ferrari A C, Meyer J C, Scardaci V, et al. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers [J]. Physical Review Letters, 2006, 97(18): 187401.[23] Sood A K, Gupta R, Asher S A. Origin of The Unusual Dependence of Raman D Band on Excitation Wavelength in Graphite-Like Materials [J]. Journal of Applied Physics, 2001, 90 (9):4494-4497.[24] Tan P H, Han W P, Zhao W J, et al. The Shear Mode of Multilayer Graphene [J]. Nature Materials, 2012, 11: 294-300.[25] Wang Y Y, Ni Z H, Yu T, et al. Raman Studies of Monolayer Graphene: The Substrate Effect [J]. Physical Chemistry C, 2008, 112(29): 10637-10640.[26] Nan H Y, Ni Z H, Wang J, et al. The Thermal Stability of Graphene in Air Investigated by Raman Spectroscopy [J]. Raman Spectroscopy, 2013, 44(7): 1018-1021.[27] Cai W W, Moore A L, Zhu Y W, et al. Thermal Transport in Suspended and Supported Monolayer Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition [J]. Nano Letters, 2010, 10(5): 1645-1651.[28] Ferrari A C. Raman Spectroscopy of Graphene and Graphite: Disorder, Electron-Phonon Coupling, Doping and Nonadiabatic Effects [J]. Solid State Communications, 2007, 143(1-2): 47-57.[29] Ferrari A C, Robertson J. Interpretation of Raman Spectra of Disordered and Amorphous Carbon [J]. Physical Review B, 2000, 61(20): 14095-14107.[30] Meyer J C, Kisielowski C, Erni R, et al. Direct Imaging of Lattice Atoms and Topological Defects in Graphene Membranes [J]. Nano Letters. 2008, 8(11): 3582-3586.[31] Wu Y P, Hao Y F, Jeong H Y, et al. Crystal Structure Evolution of Individual Graphene Islands During CVD Growth on Copper Foil [J]. Advanced Materials, 2013, 25(46): 6744-6751.[32] Hao Y F, Wang Y Y, Wang L, et al. Probing Layer Number and Stacking Order of Few-Layer Graphene by Raman Spectroscopy [J].Small, 2010, 6(2): 195-200.。
表征石墨烯样品中碳原子的
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
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。
12石墨烯材料 拉曼光谱的测定
ICS19A 20江苏省石墨烯检测技术重点实验室标准Q/JSGL 012—2014石墨烯材料拉曼光谱的测定Graphene materials Determination of structure by Raman spectroscopy2014-08-20发布2014-10-01实施前言本标准遵循GB/T 1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的规则。
本标准由江苏省石墨烯检测技术重点实验室提出。
本标准负责起草的单位：江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院。
本标准主要起草人：孙小伟、邓宏康、孟若愚、高良、杨永强、金玲、刘渊、魏斌、范雪琪、王伟娜。
本标准为首次发布。
石墨烯材料拉曼光谱的测定1 范围本标准规定了石墨烯材料的拉曼光谱检测的原理、仪器、样品准备、测试步骤及结果。
本标准适用于石墨烯材料拉曼光谱特性的测定。
2 原理由于不同物质具有与其分子结构相对应的特征拉曼光谱，因此，以拉曼散射为基础，根据不同状态下的石墨烯材料在激光作用下产生的不同拉曼特征峰对石墨烯材料进行拉曼光谱特性的测定。
具体为：单层石墨烯有两个典型的拉曼特征峰位，分别为位于1582 cm-1附近的G峰和位于2700 cm-1左右的G ´（也称为2D）峰；而对于含有缺陷的以及和/或存在一定程度无序性石墨烯样品，还会出现位于1350 cm-1左右的缺陷峰位D峰。
结合石墨烯材料不同拉曼特征峰位的出现、峰强、峰形、峰位以及他们之间的关系，即可进行石墨烯材料拉曼光谱特性的测定。
3 仪器激光拉曼光谱仪包括主机、显微镜、激光光源、样品基底（包括硅片、平面玻璃、银基底平面）、滤光系统、光波处理系统和检测器等部件。
4 样品准备4.1 取样选取具有代表性的样品不少于2 mg（液体样品按石墨烯材料固含量折算量取）。
4.2 干法制样将直接生长于基底表面或已转移至一定基底表面的固态薄膜状石墨烯材料样品，取不小于1 cm×1 cm的平面，待测。
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展
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。
拉曼光谱在石墨烯表征中的应用
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]。
拉曼法测石墨烯热导率
拉曼法测石墨烯热导率
拉曼法是一种非常有用的测量材料性质的技术。
近年来，其被广泛应用于石墨烯等二维材料的研究中。
石墨烯作为一种具有极高导热性的材料，其在电子学、光电子学、能源和传感等领域都有着广泛的应用前景。
因此，研究石墨烯的热导率是非常重要的。
拉曼法通过对石墨烯谱线的分析，可以获得关于材料结构、振动情况以及电子性质的信息。
此外，拉曼光谱还可以被用于测量石墨烯的热导率。
这是因为石墨烯中的光子不仅具有振动能量，而且还具有热能量，能够将热能转换成光子能量，随后从样品表面散射出去。
测量散射光的强度和散射角度可以计算出石墨烯的热导率。
通过拉曼法测量石墨烯的热导率有许多优点。
首先，这种方法不需要样品接触即可进行测量，避免了对样品的损坏。
其次，与其他方法相比，拉曼法具有更高的灵敏度和更广的测量范围，可以探测到石墨烯较小的温度变化。
此外，该方法具有较高的重复性和准确性。
总之，拉曼法是一种非常有用的测量石墨烯热导率的技术。
随着石墨烯在新型电子器件以及能源和传感领域的应用，对其热导率的研究将会变得更加重要。
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band of Ｒaman spectra has deviation in different degree on various substrates，by observing Ｒaman spectroscopies of
graphene on indium tin oxide，sapphire，and glass substrate，the conclusion that the intensity of 2D band can
图 4 沉积在玻璃基底上的单层石墨烯拉曼光谱［27］ Fig． 4 Ｒaman spectrum of single layer graphene on glass substrate［27］
图 5 为沉积在玻璃基底上的双层石墨烯的拉 曼光谱。在光谱中 4 个子峰仍存在，这遵循了石 墨烯的二级双共振模式［29］。
关键词 石墨烯 基底 掺杂
Ｒesearch Progress in Ｒaman Spectroscopy Characterization of Graphene Materials
Li Kunwei1 ， Hao Huanhuan2 ， Liu Jingbing2* ， Wang Hao2
（ 1 China National Institute of Standardization，Beijing 100142； 2 The College of Materials Science and Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124）
导体材料［30］。 零 带 隙 结 构 使 石 墨 烯 电 子 器 件 开 关比低，且漏电流大。通过掺杂可以有效地打开 石墨烯的带隙，这是其应用于电子信息器件的必 要条件，而拉曼光谱是检测掺杂效应的理想工具。
2. 1 拉曼光谱在石墨烯电化学掺杂方面
的研究
电化学掺杂是以电极为介质，提供 （ n 型 掺 杂） 或者接收（ p 型掺杂） 电子，作为氧化或还原 手段，从而改变共轭聚合物的荷电状态，达到提高 其导电能力的目的。电化学掺杂没有实质性物质 参与，因而不影响共轭聚合物的化学组成，掺杂方 法简便，且掺杂过程具有可逆性与可控性。本节 主要介绍施加门电压对石墨烯拉曼光谱的影响。
迄今为止，拉 曼 光 谱 多 局 限 于 研 究 Si / SiO2 标准衬底上的纯石墨烯。未来对石墨烯独特属性 与其在电子材料中应用的需求，要求将石墨烯沉 积在不同的基底上或用各种不同的材料对石墨烯 进行掺杂。本文对沉积在不同基底上及不同掺杂 的石墨烯的拉曼光谱研究做一简单总结。
1 拉曼光谱在石墨烯沉积基底方面
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化学通报 2017 年 第 80 卷 第 3 期
http： / / www． hxtb． org
拉曼光谱表征石墨烯材料研究进展
李坤威1 郝欢欢2 刘晶冰2* 汪 浩2
（ 1 中国标准化研究院 北京 100142； 2 北京工业大学材料科学与工程学院 北京 100124）
摘 要 石墨烯独特的二元化电子价键结构使其在纳米电子器件中具有良好的应用前景。拉曼光谱作 为一种灵敏、便捷的技术，已被成功用于表征石墨烯的结构和特性。本文主要介绍对沉积在不同基底以及掺 杂的石墨烯所进行的拉曼光谱研究。通过对铟锡氧化物、蓝宝石和玻璃基底上石墨烯的拉曼光谱的观察，发 现在不同基底上的石墨烯拉曼 G 峰与 2D 峰会有不同程度的位移，但 2D 峰峰值可判断石墨烯层数这一结论 仍适用。掺杂可改变石墨烯的荷电状态，使石墨烯表现出空穴（ p） 型或电子（ n） 型掺杂特性，通过石墨烯拉曼 光谱的变化可以定性石墨烯的掺杂类别并定量表征石墨烯的载流子浓度。
图 2 沉积在 ITO 基底上的单层石墨烯拉曼光谱［24］ Fig． 2 Ｒaman spectrum of single layer graphene on ITO
substrate［24］
拉曼光谱相比，G 峰和 2D 峰分别向低频方向位移 了 6cm －1 和 20cm －1 。G 峰与 2D 峰红移的原因目 前还尚不明确，但是特征峰频率的降低意味着沉积 在 ITO 基底上的石墨烯层的晶胞常数扩大了。
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化学通报 2017 年 第 80 卷 第 3 期
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不同程度的位移。这是由于蓝宝石不同晶面上的 水分子密度不同，水层与石墨烯相互作用的差异 引起其 G 峰蓝移程度的不同［26］。
图 4 为沉积在玻璃基底上的单层石墨烯的拉 曼光谱［27］。拉 曼 G 峰 的 位 置 与 Si / SiO2 标 准 衬 底上的接近，在某些情况下，拉曼 G 峰可能会发 生分裂，但平均峰值仍在 1580cm － 1 处。玻璃表面 随机分布的杂质或表面电荷的作用可以解释光谱 中的分裂现象［28］。因为玻璃是无定形的，测试中 激光照射引入了额外的振动模式，导致谱图中出 现了没有预计到的杂峰。
图 3 为沉积在蓝宝石（ 11 － 20） 晶面上的单 层石墨烯的拉曼光谱，从图中可以看出，拉曼 G 峰向低频方向位移了约 5cm － 。 1［25］ 同时，相关研 究表明，在蓝宝石（ 0001） 和（ 1 － 102） 晶面上，单 层石墨烯的 G 峰较（ 11 － 20） 晶面向高频方向有
图 3 沉积在蓝宝石基底上的单层石墨烯的拉曼光谱［25］ Fig． 3 Ｒaman G peak of single layer graphene on sapphire substrate［25］
外电场可使石墨烯的费米能级从狄拉克点处 发生上移或下移，从而使本征载流子变成电子型 或空穴型，进而使石墨烯表现出 n 型掺杂与 p 型 掺杂的特性［31］。
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极、机电共振器、太阳能电池、复合材料以及储氢 材料等诸多领域都具有良好的应用前景［9 ～ 13］。
拉曼光谱作为一种灵敏、便捷的技术，已被成 功地用于表征石墨烯的结构和特性。研究表明， 通过对拉曼光谱 2D 峰的峰值、半峰宽变化程度 的确定，可以准确地判断石墨烯的层数［14］； 拉曼 光谱 G 峰强度随石墨烯层数增加而增加，二者具 有高度线性关系［15］。同时，研究者发现 G 峰和 2D 峰的峰值及半峰宽的变化情况还与石墨烯的堆垛 顺序息息相关［16，17］。石墨烯的边缘手性可以通过 D 峰与 G 峰的峰值与强度变化情况来判断［18，19］。
Abstract Graphene have good application prospect in nano-electronic devices for its unique normalize
electronic valence bond structure． Ｒaman spectroscopy，as a sensitive and convenient technology，has been used for
Keywords Graphene，Substrate，Doping
DOI:10.14159/ki.0441-3776.2017.03.003
2010 年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆 墨烯独特的二元化电子价键结构决定了其丰富而
和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授被授予诺贝尔物理 独特的力学、电学和光学性质。石墨烯具有高杨
determine the layer of graphene is still applicable． Doping can change the charged state of graphene and make
graphene show hole type （ p） or electronic （ n） doped features． The doping type of graphene the structures and properties of graphene successfully． This paper mainly introduces the Ｒaman spectra
research on graphene with different doping state or deposited on different substrates． Although the G band and 2D
qualitatively，as well as the carrier concentration of graphene can be quantitatively determined by analyzing the
changes of graphene Ｒaman spectroscopy．
的研究
石墨烯是只有一个原子层厚的碳原子层，在 最初研究中尚不清楚石墨烯与沉积基底之间是否 会有一些强烈的交互作用，这些交互作用是否会 引起石墨烯与基底之间的耦合、石墨烯表面缺陷 甚至两种表面的电荷缺失，最终是否会导致石墨 烯拉曼光谱发生变化。研究者通过对沉积在不同 基底上的石墨烯的拉曼光谱的观察，分析了基底 对拉曼光谱的影响。
图 2 为沉积在铟锡氧化物（ ITO） 基底上的单 层石墨烯的拉曼光谱［24］。与 Si / SiO2 标准衬底上
图 1 沉积在 Si / SiO2 标准衬底上的单层石墨烯和 石墨的拉曼光谱［20］
Fig． 1 Ｒaman spectra of single layer graphene and graphite on Si / SiO2 substrate［20］
六方蜂窝状晶格排列的一个原子层厚的碳原子结 构，它是构成零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三 维的石墨等其他碳材料的基本结构单元［3，4］。石
（ 97. 7% ） 以及室温下半整数的量子霍尔效应等 性能［5 ～ 8］，预示着其在纳米器件、场效应晶体管、 高性能电池和超级电容器、自旋器件、透明导电电