【干货分享】超实用的石墨烯层数表征检测方式

发布时间： 2023-03-10 20:30 来源：上海如海光电科技有限公司

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，凭借其特殊的晶体结构性能引起了科学界的广泛关注和研究，是迄今为止发现的最薄的二维材料。由于石墨烯具有优异的导电性能、导热性能和力学性能，故其在传感器、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、药物控制释放等领域表现出众多潜在的石墨烯应用前景。

提到石墨烯就不得不提的一个词，那就是“层数”，如果你买过或正在研究石墨烯你会发现你最关注的也是层数。

单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。

双层石墨烯（Bilayer or double-layers graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛、AA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。

少层石墨烯（Few layers）：指由3-10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。

石墨（Graphite）：C层数超过 10 层

拉曼光谱检测作为最常用的石墨烯表征手段之一，能够快速、无损、有效的分辨出石墨烯的层数。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。

图1石墨烯样品测试场景

下图为显微镜下的三个石墨烯样品（SiO2/Si基底），分别为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯。

图2 （a）单层石墨烯（b）双层石墨烯（c）少层石墨烯

532nm拉曼模块测试结果如下图所示：

图2 不同层数石墨烯拉曼光谱

结果表明，单层石墨烯的G'（2D）峰强度大于G峰，并具有完美的单洛伦兹峰型，随着层数的增加， G'（2D）峰半峰宽增大且向高波数位移，这是因为G'（2D）峰产生于一个双声子双共振过程，与石墨烯的能带结构紧密相关，与此同时G峰、G'（2D）峰的强度比随着层数的增加而发生变化，为石墨烯层数的判断提供依据。

仪器推荐

MR-3CHANNEL微区拉曼光谱仪

产品简介

MR-3CHANNELS系列微区拉曼光谱仪是一款可以对样品进行目镜观察、相机成像、拉曼光谱检测以及拉曼光谱成像等功能的集成化拉曼光谱仪。仪器由拉曼光谱仪、拉曼共焦模块、金相显微镜等模块构成，其中光谱模块可以选择785nm、532nm、633nm、830nm、1064nm等不同激发波长，且可搭配不同性能，如非制冷、制冷型、深度制冷型的光谱仪，以满足客户对不同样品、检测精度的不同需求。MR-3CHANNEL拥有三个外接通道，可以同时插入三个不同波长的拉曼光谱仪检测模块，并且可在软件上进行不同光谱仪间的切换，即可实现多波长拉曼的快速自动检测，目前仪器可支持785nm、532nm、633nm、830nm、1064nm等多个波长。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。

产品特点

三通道激发：多种激发波长快速切换
检测速度快：能够快速得到样品的微观结构与拉曼光谱信息
软件功能全面：自动聚焦、谱图叠加，明场图像拼接以及mapping图像显示
光谱性能优异：仪器的重现性、灵敏度、分辨率等性能优异
支持定制拉曼三通道模块，适配已有显微镜
灵活便携：即插即用，可根据样品状态调整

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光谱仪