石墨烯缺陷类型和缺陷密度的拉曼光谱定量分析开题报告

全文总字数：3464字

1. 研究目的与意义（文献综述）

人们在理论上对石墨烯的研究最早始于20世纪60年代，直到21世纪初，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫才通过微机械力剥离法成功制备出单层石墨烯，有关石墨烯的研究也因此迅速风靡全球。随着科学技术的发展，石墨烯作为一种新时代的材料，越来越成为科学家们关注的对象，它具有优异的光学、电学、力学特性，在各方面具有重要的应用前景。因其是一种零带隙的二维原子晶体材料，为此人们发展了一系列方法来打开石墨烯的带隙，例如：打孔、用硼或氮掺杂和化学修饰等。在此基础上就会给石墨烯引入缺陷，从而对其电学性能和器件性能有很大影响，因此研究其缺陷类型和缺陷密度是我们关注的重点。

拉曼光谱作为一种快速无损的表征材料晶体结构重要的技术手段，是我们研究石墨烯的关键。带有缺陷的石墨烯在附近会有拉曼d峰。在目前的研究，一般采用d峰与g峰的强度比及g峰的半峰宽来表征石墨烯中的缺陷密度。假设石墨烯中的缺陷为一个零维的点缺陷，两点之间的平均距离为，通过计算拉曼光谱d峰与g峰的强度比就可以对进行定量分析，从而可以估算出石墨烯中的缺陷密度。研究表明随着的减小而增大，在时达到最大，在这个过程中，正比于激光斑点下缺陷的数量，正比于激光斑点下的面基，因此有以下关系：。含有缺陷的石墨烯，还会出现位于附近的峰。d峰和峰分别产生于谷间和谷内散射过程，其强度比与石墨烯表面缺陷类型密切相关。当缺陷浓度较低时，d峰和峰强度均随着缺陷密度的增加而增强，与缺陷密度成正比，当缺陷浓度增加到一定程度时，d峰强度达到最大，然后开始减弱，而峰保持不变。还有研究表明，对于杂化产生的缺陷，最大，约为13；对于空位类型缺陷，这一比值约为7；而对于石墨烯边缘类型的缺陷，这一比值最小，仅约3.5。因此拉曼光谱是一种判断石墨烯缺陷类型和缺陷密度非常有效的手段，也是我们本次研究的主要方法。

论文将研究如何运用拉曼光谱，对石墨烯缺陷类型和缺陷密度进行定量分析，通过实验找出并测量点缺陷之间的平均距离与石墨烯d峰与g峰强度比和激光能量之间的关系，计算缺陷密度。并基于d峰和d’峰强度比值，判断石墨烯样品的缺陷类型，对石墨烯缺陷的研究提供帮助。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：（1）查阅相关资料，熟悉石墨烯的相关基础知识，主要包括石墨烯的结构、特性、制备及其应用。

（2）通过实验，对氧化石墨烯和氧化还原石墨烯样品进行拉曼光谱测试。

（3）基于点缺陷之间的平均距离与石墨烯d峰与g峰强度比和激光能量之间的关系计算石墨烯样品的缺陷密度。

3. 研究计划与安排

2020年2月24日-2020年3月15日：查阅相关文献资料，明确研究内容，熟悉拉曼散射的基本理论知识。确定设计方案，完成开题报告。

2020年3月16日-2020年3月29日：掌握显微共焦拉曼光谱仪的结构、原理及其操作方法。

2020年3月30日-2020年4月19日：对石墨烯进行拉曼光谱测试，并对实验数据进行处理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 吴娟霞，徐华，张锦. 拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[j].化学学报, 2014,72:301-308

[2] li b, zhou l, wu d, et al. photochemical chlorination of graphene[j]. acs nano 2011, 5 (7):5957–5961

[3] eckmann a , felten a , mishchenko a , et al. probing the nature of defects in graphene by raman spectroscopy[j]. nano letters, 2012, 12(8):3925-3930.