使用便携式拉曼光谱进行碳分析

Carbon nanomaterials, including graphene, graphite and carbon nanotubes (Figure 1), carry unique physical and thermal properties that make them key elements in industries as wide-ranging as battery manufacturing, construction and sports equipment.

由于这些材料越来越亚博网站下载多地用于制造环境中,因此需要直接,安全和全面的特征方法的需求。拉曼光谱法是碳纳米材料表征的宝贵工具,因为其速度,选择性和能力非破坏性测量样品。亚博网站下载

使用便携式拉曼光谱进行碳分析

图片来源:B&W Tek

通常,碳材料的拉曼光谱相对简单,但它们还可以根据峰位置,形状和相对强度亚博网站下载披露有关内部微晶结构的大量信息。

拉曼光谱石墨烯基材料亚博网站下载可以以三个主要峰为特征:G波段,D波段和2D波段。G波段发生在1580厘米左右-1和constitutes the graphene in-plane bending motion of the sp2杂交碳原子。G频段在石墨烯中非常锋利,显示出高质量的属性,信号表达了高结晶度。

碳同素体的结构。

图1。碳同素体的结构。图片来源:B&W Tek

G波段的位置也对石墨烯层的数量有反应,但不受激光激发的影响。D波段可以被视为在石墨烯样品中的疾病量度。

乐队代表SP的环呼吸模式2杂交碳原子。为了在石墨烯谱中检测到D波段,石墨烯中必须有故障或模式接近边缘。

我n clean, unspoiled graphene, the D-band cannot be seen. The D-band demonstrates dispersive behavior, meaning that it demonstrates a sensitive response to the laser excitation used in the experiment. The 2D band is an overtone of the D-band, but contrary to the D-band, it does not need to be close to a defect for it to activate.

2D频段的峰形可以用于识别层厚度。像D波段一样,2D频段也具有分散性,因此它会通过不同的激光激发稍微改变。

实验

一个我 - 拉曼®Prime 532Hsystem(BWS475-532H-HT) was employed for each measurement of graphene-based materials. The system is comprised of 532 nm laser, which is the laser wavelength typically selected when conducting Raman measurements of carbon.

表格1。用于测量碳材料的配置。亚博网站下载资料来源:B&W Tek

System model 我 - 拉曼®Prime 532H
激光波长 532nm
配件 探针持有人BAC150B
视频显微镜BAC151C-532(可选)
SWCNT的电子级探测升级(可选)
软件 BWSpec®

这我 - 拉曼Prime is a low-noise, high-signal throughput and fully incorporated Raman system with an integrated tablet computer. To support the fiber optic probe, a probe holder (BAC150B) was acquired for all measurements.

为了使原本的3B级激光器安全用于制造地板,可以使用外壳系统(BAC152C)使其与1类激光相等。通常使用的激光功率约为34兆瓦,获取时间范围为30-90秒。

碳纳米材料的拉曼光谱亚博网站下载

D波段构成了石墨烯样品中的混乱程度,而G波段表示结构阶的水平。因此,D和G波段强度的比率(d/G)计算的可以用作确定石墨烯样品质量的半定量参数。

d/G在样本中,与结构障碍相连。这个d/Gparameter typifies a quick quality-control parameter that can be employed as a Pass/Fail test in manufacturing settings.

某些碳纳米材料的拉曼光谱如图2所示。原始石墨烯(红色光谱)仅包含G波段和二亚博网站下载波段。D波段不存在。另外,2D频段的强度与G波段的强度之比(2d/G) ≈2.

石墨烯(红色),碳纳米管(黑色),石墨(绿色)和碳黑色(蓝色)的拉曼光谱。

图2。石墨烯(红色),碳纳米管(黑色),石墨(绿色)和碳黑色(蓝色)的拉曼光谱。图片来源:B&W Tek

石墨(绿色光谱)的光谱通过扩大和不对称的2D带区分,并区分2d/G明显较低。从石墨烯卷起的碳纳米管(黑色光谱)中的光谱显示出适度分裂的G波段。1

G波段分为两个退化模式(g+和g-)通过单壁碳纳米管(SWCNT)的曲率。碳黑色(蓝色光谱)具有最小的结构顺序,显示出强大的D波段,因此很高d/G

我t should be noted that if a laser different from the 532 nm laser is used for these measurements, the D-band and 2D band’s position will slightly change due to their dispersive nature.

确定d/G

我nstructions for calculatingd/Gwith Raman spectroscopy are detailed in ASTM E3220-20 Standard Guide for Characterization of Graphene Flakes.2Spectra should be baseline corrected before identifying peak intensity.

For the spectra in Figure 3, a baseline removal algorithm was applied to the data in the BWSpec software. The peak intensities of the D-bands and G-bands of the spectra are calculated after baseline removal.

碳纳米纤维(A,B)和碳黑粉(C-F)的拉曼光谱。插入物显示了应用于所有数据的基线校正的示例。所有光谱都是手动偏移以澄清的。注意:尖峰达到—1550 cm-1 and —2300 cm-1 are attributed to atmospheric oxygen and nitrogen, respectively.

图3。碳纳米纤维(A,B)和碳黑粉(C-F)的拉曼光谱。插入物显示了应用于所有数据的基线校正的示例。所有光谱都是手动偏移以澄清的。注意:尖峰达到1550厘米-12300厘米-1are attributed to atmospheric oxygen and nitrogen, respectively. Image Credit: B&W Tek

随后,d/G然后可以计算。可以对BWSPEC软件进行编程以报告d/G,确定d/G源自收集的光谱。为了易于报告,可以将计算导出到表格。表2显示了该软件生成的表的类型。

表2。Measuredd, IG,并计算d/ 我G来自BWSPEC软件。资料来源:B&W Tek

我n Figure 3, the nanofiber spectra are marked by intense D-bands at around 1350 cm-1以及G波段中的许多不对称。这d/G频谱(a)的高度特别高,表明该纳米纤维样品中存在相当多的结构障碍。

来自碳黑色样品的光谱由宽的D波段和G带确定,这表明样品内的结晶度极低。这d/G针对碳黑色样品测量的均高于0.5,通过样品结构表示结构障碍。

这个d/Gcan be employed as a rapid quality-control test of manufactured graphene, graphite, carbon black powder and carbon nanotubes, either as an offline or at-line measurement.

结论

拉曼光谱法已经揭示了自己是碳纳米材料表征的宝贵技术。亚博网站下载碳光谱是相对碱性的,通常以三个峰为特征。

峰强度,形状和位置披露了有关样品内部结晶度的信息。D波段的强度与G波段强度的比率是样品结构障碍的普通指标。研究人员和制造商可以使用d/G样品以表征碳纳米材料。亚博网站下载

参考

  1. A. C.法拉利。固态通信。143,47–57(2007)。
  2. ASTM E3220-20,石墨烯薄片的标准指南,ASTM International,West Conshohocken,宾夕法尼亚州,2020年,www.astm.org

此信息已从B&W Tek提供的材料中采购,审查和改编。亚博网站下载

For more information on this source, please visitB&W Tek。

引用

请使用以下格式之一在您的论文,论文或报告中引用本文:

  • APA

    B&W Tek。(2022年6月14日)。使用便携式拉曼光谱进行碳分析。azom。于2022年12月29日从//www.washintong.com/article.aspx?articleId=21086检索。

  • MLA

    B&W Tek。“使用便携式拉曼光谱进行碳分析”。azom。29 December 2022. .

  • 芝加哥

    B&W Tek。“使用便携式拉曼光谱进行碳分析”。azom。//www.washintong.com/article.aspx?articleId=21086。(2022年12月29日访问)。

  • Harvard

    B&W Tek。2022.使用便携式拉曼光谱进行碳分析。Azom,2022年12月29日,https://www.washintong.com/article.aspx?articleId=21086。

问一个问题

do you have a question you'd like to ask regarding this article?

留下您的反馈
您的评论类型
提交