至半导体所撰写石墨烯基材料拉曼光谱散射及应用综述论文
发布时间：2023-02-09
石墨烯作为种被发现的2维材料具有多种良好性质。得益于其原子级的厚度和的能带结构，单层的石墨烯有着非常好的柔韧性、极高的电子迁移率、很高的热导率、良好的光学性能和很大的比表面积。这些优良的性质使得石墨烯材料在广泛的领域中利用前景，包括：高频微纳电子器件和机械系统、超薄层晶体管、透明导电复合材料和电极、具有高充放电速度的锂电池和超级电容器、高灵敏度的化学生物传感器、柔性的和可打印的光电器件和非线性光学等方面。因此石墨烯被誉为黑金，被视为未来310年的明星材料。
2、实验曲线图沒有显示信息
AB堆垛3层石墨烯3LG和转角4层石墨烯tLG的拉曼光谱
自石墨烯被发现的10几年来，石墨烯的制备技术得到了极大的发展。起初，只有微机械剥离法能制备高质量的单层和多层石墨烯，到后来化学气相沉积和SiC表面外延也能生产大面积高迁移率的石墨烯片层。另外，人们还开发了其它石墨烯材料的制备方法，如氧化还原法和有机合成等，利用这些方法得到的石墨烯材料常常带有空位、位错和各类官能团修饰等缺点。同时，人们还尝试把2维的石墨烯做成1维的纳米带和零维的量子点，以期取得可控的电学和光学性质。因此，石墨烯材料家族也迅速地壮大。上述的所有材料，都是以单层的石墨烯作为基础的建筑模块，研究者们称其为石墨烯基材料。如此繁多的石墨烯基材料具有不同的利用场合。因此，急需1种能同时在实验室和大范围生产中来表征石墨烯基材料的通用技术，并探索这些材料在对应器件中的状态、作用和工作机理，这对石墨材料的合成、基础研究和装备利用都是相当重要的。
拉曼光谱是1种表征石墨烯材料晶格结构、电学、光学和声子那你就要视察温度的变化学性质的快速、无损和高分辨的手段。这类手段对表征石墨烯材料是如此重要以致于大多数所发表的关于石墨烯材料的科学论文常常有1张这类材料的拉曼光谱。石墨烯基材料具有类似的拉曼光谱，但是通过分析这些类似特点峰的峰位、线形和强度却能够给出丰富的信息来探究它们的各种性质。例如，用某1个波长激起的单层石墨烯的G模的峰位、线形、半高宽和强度都会遭到其电子参杂水平的影响。石墨烯中还有1些与缺点相干的模式，如D和D峰，通过分析这些峰的特性，表面洛氏硬度实验采取120°金刚石圆锥和1.587mm钢球2种压头可以得到缺点相干的信息。同时，石墨烯中还有能反应电子能带和声子能带结构的双共振模式，如2D和2D模等，还有能表征多层石墨烯层间耦合的剪切和呼吸模式。另外，外界的1些微扰包括电子参杂、应力应变、磁场和温度会显著地影响石墨烯材料的电子和声子性质，这些都能被拉曼光谱探测出来。因此，拉曼光谱不但能够表征石墨烯材料的性质，而且能够无损地探测石墨烯材料在相干器件中所起的作用。
中国科学院半导体研究所谭平恒研究员长时间从事低维材料的拉曼光谱研究，特别是在石墨烯等2维材料的拉曼光谱方面积累了丰富成果。近，谭平恒研究员撰写了关于石墨烯材料拉曼散射及其利用的综述论文，目前已被英国化学学会旗下期刊《Chemical Society Reviews》在线发表。吴江滨博士为该论文的作者，谭平恒研究员为通讯作者。
该综述系统地回顾了最近几年来石墨烯基材料的拉曼光谱在基础研究和器件利用方面的进展。首先，该文章描写本征的单层石墨烯的1阶和2阶拉曼光谱，接着讨论了不同堆垛方式的多层石墨烯的拉曼光谱，并且介绍了拉曼光谱作为1种技术手段如何表征石墨烯的层数，探测单层和多层石墨烯中的共振现象及取得石墨烯材料的2维成像。该综述还系统地论述了如何应用拉曼光谱来探测单层或多层石墨烯中的微扰，和如何将这些机理拓展到其它的石墨烯基材料，如石墨烯量子点、碳点、氧化石墨烯和氧化还原石墨烯、石墨烯纳米带、化学气相沉积生长的石墨烯、SiC表面外延生长的石墨烯、石墨烯复合物和石墨基2维异质结。后该综述总结了拉曼光谱在表征石墨烯基光电器件方面方面的利用，这些器件包括石墨烯基场效应晶体管、石墨烯基能量存储器件、石墨烯基太阳能电池和有机光发射2极管、石墨烯基纳米国内许多企业曾研发和生产低端电工膜原料电-力系统、石墨烯基范德华2维异质结。该综述论文对从事石墨烯相干领域研究和利用的科研和技术人员都具有非常重要的参考价值。
编辑点评
近10几年来，石墨烯的制备技术得到了极大的发展。该综述系统地回顾了最近几年来石墨烯基材料的拉曼光谱在基础研究和器件利用方面的进展。对从事石墨烯相干领域研究和利用的科研和技术人员都具有非常重要的参考价值，有助于后续研究人员继续探索是石墨烯材料的拉曼光谱研究和利用。