应用共焦拉曼原子力显微镜(AFM)研究石墨烯的表征

需要无损测量仪器对石墨烯进行表征，以确定其性能。共焦拉曼原子力显微镜是一种理想的纳米材料分析仪器。欧洲杯足球竞彩纳米材料的物理尺寸可以用AFM确定，而分子组成可以用拉欧洲杯足球竞彩曼成像确定。

因此，将共焦拉曼显微镜与AFM结合使用，可以直接将AFM获得的高空间和地形分辨率与共焦拉曼光谱获得的分子信息联系起来。本文展示的代表性结果证明了alpha300 RA共聚焦Raman-AFM显微镜系统(图1)对石墨烯进行无损表征的能力。

图1所示。alpha300 RA共焦Raman-AFM显微镜系统。

多层石墨烯的成像

图2描绘了石墨烯薄片的白光图像(a)、AFM形貌图像(b)和拉曼图像(c)，这些都是通过alpha300 RA显微镜获得的，在不同测量之间不会干扰样品。采用剥离法在硅晶片的氧化层上沉积石墨烯薄片。白光图像(图2a)有助于对石墨烯沉积后的硅晶片进行粗略分析。

图2。(a)硅表面石墨烯薄片的白光图像。(b)石墨烯的AFM形貌图(ac模式)，(c)彩色拉曼图像。(d)如图2b(黑线)所示的横截面高度廓线。(e)石墨烯薄片不同位置测量的拉曼光谱(颜色对应图2c)。

由于alpha300 RA的精确悬臂定位能力，石墨烯薄片的AFM成像成为可能。AFM形貌图(图2b)显示了石墨烯薄片的三维物理尺寸。图2b黑线表示高度剖面的横截面，它揭示了双、单和无石墨烯层的地形变化。

第一层石墨烯和氧化硅衬底之间的高度差为1±0.1nm，而对于双层石墨烯，高度差为1.36±0.1nm（图2d）。这种地形横截面有助于突出拉曼谱带的差异，作为石墨烯层数的函数。图2e显示了单层、双层和多层石墨烯的特征拉曼光谱，以及碳纳米材料独特的D、G和G'拉曼谱带。欧洲杯足球竞彩

碳纳米材料的拉曼光谱分析欧洲杯足球竞彩

除了生成石墨烯薄片的拉曼图像外，WITec数据分析软件还为深入分析2D拉曼光谱阵列提供了有用的算法。利用WITec alpha300r显微镜研究了石墨烯的拉曼光谱，得到了石墨烯的电子能带结构、晶体结构、电子-声子相互作用等方面的精确数据^2.碳系统，声子能量弥散。

通过观察石墨烯层的拉曼特性的综合强度、宽度、位置和线形，可以探测热导率、应变、缺陷、掺杂、晶体取向、电子能量的线性色散和层数。拟合G带的洛伦兹曲线显示，随着石墨烯层数的增加，波数向更低的方向移动(图3)。

图3。与AFM地形图图像的高度剖面相比，G带位置和G带强度的变化。

如图4a所示，G'带由适合剥离石墨烯单层的单个洛伦兹表示。然而，对于双层和多层石墨烯，需要四条洛伦兹曲线来拟合该拉曼带（图4b和4c）。这表明了子间声子相互作用。

图4。(a)单层石墨烯，(b)双层石墨烯，(c)多层石墨烯的二维光谱阵列的G′波段和Lorenzian拟合的线形。

石墨烯的手性分析

图5a显示了图2b所示横截面上D波段的积分强度，以及AFM地形图中的高度剖面。这表明D带仅出现在石墨烯薄片边缘获得的光谱中，而不出现在单原子和双原子石墨烯层的光谱中。石墨烯薄片边缘的相应拉曼光谱如图5b所示，带有突出显示的D带。

图5。(a) d波段强度与图2b所示横断面高度分布的比较。(b)图5a所示位置的拉曼光谱。

大多数石墨烯薄片的边缘角为30°的倍数。60°或120°的边角具有相同的手性，而30°、90°或150°的边角在相邻的两条边角之间具有不同的手性(z形或扶手)(图6a)。d波段强度差异分析结果如图6b所示，描绘了所分析石墨烯薄片的不同角度和手性。这些结果表明，基于石墨烯边缘奇异的光学、磁性和超导特性，使用共焦拉曼原子力显微镜在设计和表征新型光电器件方面具有优势。

图6。(a)石墨烯层角实例及其手性。(b)确定边缘手性(之字形或扶手式)。

图7显示了沉积在硅衬底上的CVD石墨烯层的共焦拉曼AFM分析结果。AFM的形貌图像显示了以褶皱形式出现的缺陷，这些褶皱在地形上出现在周围，并且在图像中沿对角线方向出现。5 x5µm^2.高分辨率显示，石墨烯层由长4-5µm、宽2µm的两个畴组成，呈对角方向，石墨烯层周围有裂纹(图7a)。

图7c为10x10 μ m的彩色拉曼图像^2.共焦拉曼测量，如图7b所示，AFM和拉曼图像的叠加。拉曼图像中的红色区域与0.2的I（G）/I（G'）比率相关，与单层石墨烯相关（图7d）。蓝色区域与高I（D）/I（G）比率相关，显示石墨烯层中的高结构缺陷（图7e）。黄色和绿色与畴之间的裂纹有关（分别见图7F和7g）。

图7。沉积在硅衬底上的CVD石墨烯层的共焦拉曼AFM分析结果。

高分辨率AFM图像（图7a）与彩色编码拉曼图像（图7c）的比较表明，在AFM图像中观察到的两个具有褶皱的石墨烯畴出现在拉曼图像中，因为它们被缺陷结构包围。可以利用观测到的光谱特征（白色箭头）识别高分辨率地形结构。

结论

研究结果清楚地证明了alpha300 RA共焦拉曼AFM显微镜系统对石墨烯进行无损表征的能力。

此信息已从WITec GmbH提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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