碳材料的拉曼光谱质量控制

石墨烯是碳的晶体同素异形体，具有规则的二维性质。碳原子存在于单片中，密集地排列在规则的六边形网格中，很像一个超大的芳香分子。自从2004年石墨烯的重新发现和表征以来，大量的活动被用于石墨烯的研究。这种兴趣是由石墨烯的新特性及其商业潜力激发的。它的有用特性包括特别大的电导率和热导率，高机械强度和高光学透明度。可利用这些特性的石墨烯应用领域包括电子、热传导、生物传感、膜技术、电池技术和先进复合材料。亚博网站下载

石墨烯或石墨？

石墨烯以单原子厚度存在，石墨烯薄膜通常只有一到三层厚。石墨烯的特殊性质只有在这些薄层中才能体现出来。在含有数百万层的较厚的样品中，更常见的碳形式被称为石墨。基于石墨烯不同寻常的特性的技术和设备的发展需要对层的厚度和质量进行准确的评估。

图片来源:起来Artem / Shutterstock.com

石墨烯制造方法非常敏感，并保留一致性和质量，良好的分析方法至关重要。对于石墨烯的大规模制造，需要一种容易且快速地表征石墨烯和其他碳纳米材料的质量来监测和控制生产的方法。亚博网站下载拉曼光谱是选择提供快速，非破坏性的确定石墨烯薄膜的快速，非破坏性手段。

拉曼光谱学

拉曼光谱是表征碳材料的理想方法，因为它对分子内的几何结构和键合非常敏感。亚博网站下载这是一种简单的、非侵入性的技术，是理想的，因为碳原子轻，sp2 σ键强，π电子相关的光学跃迁范围从红外到可见光。碳的几何结构即使微小的差异，也会导致观测光谱的显著差异。石墨烯等碳纳米材料的拉曼光谱通常被定义为三个主要波段;亚博网站下载这些是G-band, D-band和2D-band(也称为G ' -band)。碳纳米材料的拉曼光谱具有丰富的质量和微观结构数据，如结晶度和无序亚博网站下载程度，这可以通过峰的位置、峰的形状和峰的强度来揭示。这一系列的结构特征提供了sp2键合碳的许多特性，使得石墨烯系统的拉曼光谱具有很高的灵敏度，包括:

• 声子频率高
• 对应变和温度的敏感性
• 强电子-声子耦合和多体效应
• 对掺杂，官能化，环境条件，维度和光学共振的敏感性
• 单纳米结构的光谱分析及其电子结构的详细分析

G波段出现在1582厘米左右^－1并表示平面内的石墨烯²振动模式。这提供了材料的结晶度的想法。SP的D波段和G波段之间的峰值比²碳材料非常显着。在无序的石墨烯材料中观察到G波段的分散，其中分散体与病症的程度成比例。亚博网站下载d波段约为1350厘米^－1是由于微晶结构边缘附近的结构无序，降低了结构的对称性。

因此，这两个带状的拉曼峰强度比用于测量这些材料的病症程度。亚博网站下载ID / IG比对于检测样品的均匀性以及提供其疾病和任何结构像差的数据至关重要。对于额外的结构信息，出现在2700厘米左右的2D频段^－1取决于激光激发波长与石墨烯层的数量有关。由于石墨烯层的数量增加，G带强度的线性增加，这通常在用532nm激光激发收集的光谱中看到。

碳质质量控制的重要性

通过剥离石墨层，可以少量生产石墨烯。不过，大规模生产需要不同的方法。另一种方法是在高温下由碳化硅晶体外延生长石墨烯。为了将石墨烯生产提升到电子工业所需的水平和精度，用于质量控制的快速测量工具至关重要。这些工具需要适合于在线增长和生产，用于工业中的质量控制。这对于从实验室到工厂扩大规模，让业界对石墨烯产品质量有信心非常重要。

拉曼光谱是理想的，但它可以产生大量的数据，这需要合理化，以有效的质量控制。利用参数化主成分分析(PCA)处理大数据集，可以完成石墨烯材料的亚博网站下载结构分析。拉曼光谱可以用于sp2键合碳材料的结构和功能表征，但为了易于使用，拉曼光谱可以有效地自动化用于大规模工业应用。亚博网站下载PCA提供了一种方法，可以对各种sp2碳材料进行大规模分析和表征，例如，点缺陷、层数和功能化。亚博网站下载这是一个有效的拉曼光谱专家系统，监测生产和保持产品的规格。然而，与许多分析方法一样，自主程度可以根据研究或生产的要求而变化。

B&W Tek碳拉曼分析仪(CRA)

这是一个便携式拉曼系统配备532nm激光激发和纤维电光采样探针。CRA具有高通量谱仪，包括背部减薄CCD TE冷却至-25°C。

与市场上的大多数其他CRA不同，B＆W TEK的产品不需要使用额外的显微镜进行分析。它是粉末状形式中材料的理想选择，亚博网站下载无需样品制备。另外，该仪器包括具有可调节XYZ阶段的探针支架，可提供优异的再现性。

B&W Tek碳拉曼分析仪能够同时监测六个变量，并在趋势图和表格中显示实时结果。该系统具有自动光谱处理功能，可配置为自动计算各种参数，如D波段和g波段强度比以及g波段峰值高度。CRA的易用性使石墨烯制造商能够获得材料表征、产品质量控制和过程监控的在线测量数据。它易于建立，给出明确的易于解释的数据，是无损的，不需要特别准备。

参考和进一步阅读

1. 余。S. Ponosov, A. V. Ushakov, S. V. Streltsov，石墨和单层和少层石墨烯的电子拉曼散射，物理。修订版B 91, 195435, 2015年5月22日
2. 安,c;方,S.W.;金,y;李,美国;Sood, a;纽曼:;Asheghi m;古德森动向;流行,大肠;王志强，王志强，王志强。
3. 张志敏，陈珊，梁义增，分析师，2010,135,1138-1146。
4. Michael J. Pelletier，灵敏度增强透射拉曼光谱，应用光谱学，卷:67期:8，页(s): 829-840, 2013年8月1日
5. P Kalantri，Pushkar＆Somani，Rakesh＆T Makhija，Dinesh。（2010）。拉曼光谱：药物分析中的潜在技术。Der Chemica Sinica，2010,10（1）：1-12
6. 朱莉娅。A. Griffen，Andrew。W. Owen，Darren Andrews，Pavel Matousek，使用传输拉曼光谱法，光谱学，第32卷，第4卷，第43-43号，2017年4月，PG 37-43，PG Pavel Matousek最近的药物分析进展
7. Campos, J. L. E.， Miranda, H.， Rabelo, C.， Sandoz‐Rosado, E.， Pandey, S.， Riikonen, J.， Cano‐Marquez, A. G.， and Jorio, A.(2018)拉曼光谱在石墨烯相关材料中的应用以及用于大规模数据分析的参数化PCA的开发。亚博网站下载j·拉曼Spectrosc。49: 54 - 65。

此信息已采购，从B＆W TEK提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问黑与白Tek。