【文章內(nèi)容簡介】 ，但層與層之間并不穩(wěn)定，如果以一定的方式對石墨片進行剝離，使其只有一層或數(shù)層，就會產(chǎn)生另一種二維碳納米材料。在 2020 年之前就有人預言存在這種材料，但由于當時人們的認識和科技發(fā)展程度有限，認為不可能單獨存在穩(wěn)定的二維納米材料。直到 2020年，英國曼徹斯特大學的安德烈 . 蓋姆（ Andre Geim）和康斯坦丁 . 諾沃肖洛夫（ Konstantin Novoselov）在實驗中發(fā)現(xiàn)并制備了單層石墨烯片 [6]，人們才開始注意這種神奇的碳納米材料。由于石墨烯（ graphene）可以視為石墨（ graphite）的單層或數(shù)層，所以它們的性質(zhì)十分相似，均是由碳原子以六方結(jié)構(gòu)的 2sp 鍵雜化鏈接而成的。但是由于它比石墨少了層與層的弱分子力，因此有著比石墨更為特殊的性質(zhì)。 迄今為止 ，科學家們已發(fā)現(xiàn)石墨烯有著獨特的物理化學性質(zhì)，它擁有高比面積，高導電性，高機械強度，高熱導率等。由于它這些高效的性能，使得它成為近些年各國科技研究的 “新寵兒 ”，尤其在美、韓、中、日等國研究非?；钴S。石墨烯或?qū)⒊蔀榭蓪崿F(xiàn)高速晶體管、高靈敏度傳感器、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽能電池等多種新一代器件的核心材料。 拉曼光譜基礎 拉曼光譜是一種散射光譜。其分析方法是由印度科學家拉曼發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應得到的，對于入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子 振動 、轉(zhuǎn)動方面的信息，并應用于分子結(jié)構(gòu)的一種分析方 法。拉曼光譜是由拉曼于 1928 年在實驗中發(fā)現(xiàn)，當光穿過透明介質(zhì)時，光子會被其中的分子散射使其光頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做拉曼散射 [7]。當光 6 子入射到介質(zhì)中的分子上時，若發(fā)生彈性碰撞，則出射光頻率不變，發(fā)生的是瑞利散射，其強度只有入射光強度的 310? 倍；若發(fā)生的是非彈性碰撞，則出射光頻率在原頻率左右有變動，并對稱分布，發(fā)生的是拉曼散射，其強度大約為瑞利散射的 310? 倍。現(xiàn)假設入射光頻率為 0v ，并發(fā)生拉曼散射，則其出射光的譜線在光譜中對稱的分布在 0v 的兩側(cè)，頻率為10 vv? 。其中頻率 小于入射光頻率 0v 的成分 10 vv? ，稱為斯托克斯線；頻率 大于入射光頻率0v 的成分 10 vv? ，稱為反斯托克斯線。 在被散射的光中，根據(jù)其相對于入射光頻率的改變，可將散射分為三種：第一種，其頻率基本不變或變化小于 105 cm1，這種散射就是瑞利散射；第二種，其頻率變換大約為 cm1，稱為布里淵散射；第三種，其波數(shù)變化大于 1 cm1，則為拉曼散射。 值得一提的是，瑞利散射光的強度要遠大于拉曼散射光強度，并且拉曼散射永遠伴隨著瑞利散射的發(fā)生，不可能單獨存在。所以在研究拉曼光譜時一定要濾去瑞利光譜，這樣才能保證準確 [8,9]。 圖 1 拉曼散射的產(chǎn)生原理 拉曼光譜對物質(zhì)結(jié)構(gòu)非常敏感，每一種物質(zhì)都有獨特的拉曼光譜，分析一種物質(zhì)的拉曼光譜可以確定其結(jié)構(gòu)特性，比如石墨烯的層數(shù)以及缺陷。因此，確定拉曼光譜可以作為表征石墨烯特性的簡單可靠的方法。 7 2 石墨烯 石墨烯的 發(fā)現(xiàn) 自從發(fā)現(xiàn)了零維的富勒烯和一維的碳納米管，以及之前就發(fā)現(xiàn)的三維的石墨、金剛石，在碳 元素的單質(zhì)中或者說是其同素異形體中只差一種二維的物質(zhì)，而這個空缺物質(zhì)也被預言是存在的，并獲得了大多科學家的支持，把其命名為石墨烯，而且吸引著一批批的科學家、學者對其進行著研究。 大家都熟知的石墨，是由六方規(guī)則網(wǎng)狀排列的碳原子以層狀結(jié)構(gòu)排列而成。如果把這一層層的石墨單獨抽出來就是石墨烯。但由于當時的實驗條件，和理論支撐的不足，當時科學界一致認為石墨烯并不能單獨存在，而是存在于一定的物質(zhì)，比如說 :石墨。這種思想一直存在了好幾年，直到 2020年由英國曼徹斯特大學的安德烈 . 蓋姆（ Andre Geim）和康斯坦丁 . 諾沃肖洛夫（ Konstantin Novoselov）發(fā)現(xiàn)并在實驗中制得。打破了這種思想局限，完善了碳元素的同素異形體從零維到三維的完美體系，更使得石墨烯的量產(chǎn)及應用成為可能 [10]。 石墨烯的制成在科學界引起了很大的轟動，各國科學家都進行著各方面的研究，論文數(shù)量不斷攀升，在對石墨烯進行了一定的研究之后，科學家們預言將進入 “后硅時代 ”。隨著研究的深入，石墨烯的制備方法也在不斷增多，最主要的有兩種：微機械剝離法， CVD生長法 [11]。 石墨烯的制備 在當時安德烈小組在制得石墨烯時用的是微機械剝離 法，也就是用透明膠帶在一塊經(jīng)過處理的石墨上反復的粘貼、剝離，從這些剝離下來的碎片中挑選出層數(shù)較少的就是石墨烯。這種方法操作簡單，也是當時最為重要的方法。但用這種方法制得的石墨烯有一定的缺陷：其制備的石墨烯尺度較小，最大僅為平方微米量級；且層數(shù)不均勻，在同一塊石墨烯中總是摻雜著不同層數(shù)的石墨烯；以及形狀不規(guī)則。所以在當時制得一塊較為完善的石墨烯是非常不易的，所以說也限制了對石墨烯的研究。 而以 CVD 生長法制備的石墨烯就可以避免以上缺陷，該法是將基底（一般為金屬）置于含碳氣體（如：甲烷、乙炔）的氣流中，并在高溫 粹燒下使得碳原子均勻的平鋪在基底上形成石墨烯，然后運用化學腐蝕法去除金屬基底即可得到獨立的石墨烯片。通過選擇基底的類型、生長的溫度、前驅(qū)體的流量等參數(shù)可調(diào)控石墨烯的生長（如：生長速率、厚 8 度、面積等），用這種方法已經(jīng)成功制備出平方厘米級的單層或多層石墨烯。由于是在高溫下進行的，所以制得的石墨烯也可能存在一定的缺陷。目前采用此種方法的主要有韓國三星、韓國成均館大學等。 除此兩種方法外，還有碳化硅表面外延生長，金屬表面生長，氧化石墨烯法等，在生產(chǎn)制備中都有一定的運用。 石墨烯 的 結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 通過以上介紹知道石墨烯可以簡單的看做是石墨的一層或數(shù)層，由于石墨是由碳原子以六方結(jié)構(gòu)的 2sp 鍵雜化鏈接而成的單原子層之間以共價鍵鏈接的層化結(jié)構(gòu)，所以石墨烯是由碳原子以六方結(jié)構(gòu)的 2sp 鍵雜化鏈接而成的單原子層 [12]。 圖 2 石墨及石墨烯模型 由于石墨烯這種獨特的結(jié)構(gòu)，使得它成為構(gòu)建成其它碳同素異形體的基本單元。比如，石墨烯一層一層地重疊排列起來就可以 形成石墨；把石墨烯卷起來使其左右邊相連形成管狀，就成為了碳納米管；如果把石墨烯包覆卷起成為球形，就可以形成富勒烯。 圖 3 石墨烯可以構(gòu)成其它碳 的 同素異構(gòu)體 9 由于石墨烯是單原子層，所以它成為現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的世上最薄的二維材料，厚度僅有 。以及其穩(wěn)定的六方結(jié)構(gòu)，它也是目前最為理想的二維納米材料。 石墨烯在有著獨特的結(jié)構(gòu)的同時也有著獨特的性質(zhì)。石墨烯的機械強度在目前所測的材料中是最高的，其機械強度比生活中所用到的高強度材料鋼鐵還要高出 200多倍。石墨烯不僅強度高而且韌性好，它每 nm100 可以承受最大壓力達 ，并且其拉伸膜量為GPa1000 ，本 征 強度為 GPa130 ，力學性能為目前最好。它有著極高的比表面積，理論值達到 gm /2600 2 。熱導率為 KmKW ?/3 ，也比較高，是金剛石的 3 倍。石墨烯時零帶隙半導體，他有著良好的電子傳輸性能，在室溫下其載流子遷移率高達 11215000 ?? sVcm ，是現(xiàn)在通用的電子通訊線路材料硅的 100倍，也是之前所知道的遷移率最高的銻化銦材料的兩倍 [13]，所以石墨烯一直是電子行業(yè)的研究重點，并被預言將進入 “后硅時代 ”。 由上可見，石墨 烯在物理及電學方面有著優(yōu)良的性質(zhì)，不僅如此，