氧化石墨烯拉曼光谱
氧化石墨烯的制备及表征
氧化石墨烯的制备及表征文献综述材料0802班李琳200822046氧化石墨烯的制备及表征李琳摘要：石墨烯(又称单层石墨或二维石墨)是单原子厚度的二维碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1]。
石墨烯可通过膨胀石墨经过超声剥离或球磨处理来制备[2,3]，其片层厚度一般只能达到30~100 nm，难以得到单层石墨烯(约0.34 nm)，并且不容易重复操作。
所以寻求一种新的、容易和可以重复操作的实验方法是目前石墨烯研究的热点。
而将石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下容易得到单层的氧化石墨溶液，再通过化学还原获得，已成为石墨烯制备的有效途径[4]。
通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景。
关键词：氧化石墨烯，石墨烯，氧化石墨，制备，表征Oxidation of graphite surfaces preparation and CharacterizationLI LinAbstrat：Graphite surfaces (also called single graphite or 2 d graphite )is the single atoms thickness of the 2 d carbon atoms crystal, is considered fullerenes, carbon nanotubes and graphite basic structure unit [1].Graphite surfaces can through the expanded graphite after ultrasonic stripping or ball mill treatment topreparation [2,3], a piece of layer thickness normally only up to 30 to 100 nm, hard to get the single graphite surfaces (about 0.34 nm), and not easy to repeated operation. So to search a new, easy to operate and can be repeated the experiment method of the graphite surfaces is the focus of research. And will graphite oxidization into oxidation graphite, again in ultrasonic conditions to get the oxidation of the single graphite solution, again through chemical reduction get, has become an effective way of the preparation of graphite surfaces [4]. Through the review of graphite oxide and oxidation graphite surfaces of the preparation, structure, modification of polymer and thecompound, and prospects the graphite surfaces and the research prospect of composite materials.Key words：Oxidation graphite surfaces, graphite surfaces, oxidation graphite, preparation，characterization采用Hummers 方法[5]制备氧化石墨。
石墨烯的表征
石墨烯的表征方法拉曼光谱分析拉曼光谱是碳材料分析与表征的最好工具之一。
图1是石墨、氧化石墨和石墨烯的拉曼光谱。
从图中看出石墨仅在1576 cm-1处存在一个尖而强的吸收峰(G 峰)，对应于E2g光学模的一阶拉曼散射，说明石墨的结构非常规整。
当石墨被氧化后，氧化石墨的G峰已经变宽，且移至1578 cm-1处，并且还在1345 cm-1处出现一个新的较强的吸收峰(D峰)，表明石墨被氧化后，结构中一部分sp2杂化碳原子转化成sp3杂化结构，即石墨层中的C=C双键被破坏。
此外G带与D带的强度比也表示sp2/sp3碳原子比。
这进一步说明氧化石墨中sp2杂化碳层平面长度比石墨的减小。
当氧化石墨被还原后，还原氧化石墨即石墨烯的拉曼光谱图中也包含有类似氧化石墨的峰位。
石墨烯拉曼光谱图中两个峰(D与G)的强度比高于氧化石墨的，表明石墨烯中sp2杂化碳原子数比sp3杂化碳原子数多，也就是说石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸比氧化石墨的大。
这说明了在本实验条件下氧化石墨被还原时，它只有一部分sp3杂化碳原子被还原成sp2杂化碳原子，即氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态，也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。
图1. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)拉曼光谱X-射线衍射分析图2是石墨、氧化石墨和石墨烯的XRD图。
从图中可以看出石墨在2θ约为26°附近出现一个很尖很强的衍射峰，即石墨(002)面的衍射峰，说明纯石墨微晶片层的空间排列非常规整。
石墨被氧化后，石墨(002)面的衍射峰非常小，但在2θ 约为10.6°附近出现很强的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。
这说明石墨的晶型被破坏，生成了新的晶体结构。
当氧化石墨被还原成石墨烯，石墨烯在2θ约为23°附近出现衍射峰，这与石墨的衍射峰位置相近，但衍射峰变宽，强度减弱。
这是由于还原后，石墨片层尺寸更加缩小，晶体结构的完整性下降，无序度增加。
关于石墨烯 拉曼光普 扫描电镜 能谱的原理
1、石墨烯是什么？如何制备？石墨烯是一种从碳材料中剥离出来的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。
这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体。
石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42Å。
石墨烯內部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。
石墨烯的制备方法有以下几种：（1）撕胶带法/轻微摩擦法最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。
2004年，海姆等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。
典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。
但缺点是此法利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。
（2）碳化硅表面外延生长该法是通过加热单晶碳化矽脱除矽，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层。
具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。
用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形成极薄的石墨层，经过几年的探索，克莱尔•伯格（Claire Berger）等人已经能可控地制备出单层或是多层石墨烯。
在C-terminated表面比较容易得到高达100层的多层石墨烯。
其厚度由加热温度决定，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
（3）金属表面生长取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。
光学论文石墨烯拉曼光谱表征综述
石墨烯拉曼光谱表征综述综述了石墨烯的能带结，拉曼光谱的原理，和使用Raman光谱分析研究石墨烯结构的方法，并分析了石墨烯几个特征峰的由来。
关键词：石墨烯拉曼光谱狄拉克点PACC: 3320F1.引言石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点。
Raman光谱分析作为一种结构分析手段，具有无损伤、快速、可重复等优越性，已经被广泛应用于各物理学科中。
使用Raman光谱研究石墨烯的结构，可发现Raman光谱上会出现若干特征峰，这与石墨烯晶格内AB 原子的电子在狄拉克锥内发生谷内散射和谷间散射有关。
2. 石墨烯能带结构石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，如图 1 左边所示。
每个碳原子都具有四个价电子，并按平面正三角形等距离的和3个碳原子相连，每个碳原子以sp2 杂化和周围的3个碳原子形成3个σ键。
在垂直于石墨层的方向上还剩余的一个2pz轨道和一个价电子与近邻原子相互作用形成贯穿于整个石墨层的离域π键。
由于位于平面内σ键的3个电子并不参与导电，†通讯联系人．E-mail: cmzhang@因此我们在计算石墨烯的能带结构时只考虑位于π键上的那一个电子。
图1 石墨烯的晶格结构及相对应的倒空间和布里渊区石墨烯的每个原胞包含两个不等价的碳原子A和B，它们之间的键长a=1。
42 Å。
如图1 左边所示，取晶格的基矢为：那么相应的倒格子基矢为：由此，可以计算出石墨烯倒空间中第一布里渊区六个顶点的坐标位置，分别为：与晶格相对应，倒空间的每个原胞也只包含两个不等价的点，即图1 右边所标示的K 和K ’点。
在紧束缚近似下，只考虑最近邻原子间的相互作用。
而对于每一个碳原子来说，它有3个最近邻原子。
最终可计算出石墨烯的本征能量为:式中的正负号分别对应导带和价带，x k 和y k 是倒格矢k 在(x ，y)上的分量。
拉曼光谱与石墨烯
h0
h(0 + )
h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0 -
0
0 &5 = 4
1 S 2 3 4
C S
拉曼活性 红外活性
S C S S C S
红外活性
红外光谱—源于偶极矩变化
拉曼光谱—源于极化率变化
对称分子：对称振动→拉曼活性;不对称振动→红外活性
2. 石墨与石墨烯拉曼比较
G 峰，E2g
2D峰，DR
PRL 97, 187401 (2006) A. C. Ferrari, A. K. Geim
2. 石墨与石墨烯边沿拉曼比较(D)
3. 2D峰与层数的关系
D与2D峰
4. 原因？
5：参杂浓度
nature nanotechnology 3,211,2008,A. K. GEIM, A. C. FERRARI
The Raman Fingerprint of Graphene
杜罗军
2013-06-28
主要内容：
1:monitor number of layers 2:monitor quality of layers
3:monitor doping level
拉曼（Raman）: 印度物理学家。1921年开始 研究并在1928年发现了光散 射的拉曼效应，1930年获得 了诺贝尔物理奖。和汤川秀 树（日）一起成为仅有的两 位没有受过西方教育的诺贝 尔科学奖得主。为表彰拉曼 对印度科学进步所作的巨大 贡献，印度政府将2月28日 定为“拉曼节”。
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7
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13
谢谢！
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展
拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【摘要】石墨烯是一种只有一个原子层的二维原子晶体,它是构成零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨等其他碳同素异形体的基本结构单元,具有很多独特的电子及力学性能,因而吸引了化学、材料及其他领域众多科学家的高度关注.拉曼光谱作为一种灵敏便捷的表征方法,在石墨烯的研究中起到重要的作用.该综述总结了近年来拉曼光谱在石墨烯表征中的应用,在对单层石墨烯的典型特征峰作详细介绍的基础上,通过对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽变化情况的分析,可以快速而准确地表征出石墨烯的层数,并可以对石墨烯的堆垛方式、边缘手性和掺杂程度进行判定.同时,也系统地分析了在石墨烯制备与测试过程中基底、掺杂、温度和激光功率等因素对拉曼谱图中D峰、G峰和2D峰的强度、位置和半峰宽的影响.%Graphene is a kind of two-dimensional atomic crystal with one atomic layer,which is the basic structure unit of other dimensions of graphite materials,such as zero dimensional fullerenes, one-dimensional carbon nanotubes and three-dimensional graphite.Graphene has a lot of unique elec-tronic and mechanical properties,which have attracted high attention of many scientists in the field of chemistry,materials and other fields.Raman spectroscopy as a sensitive and convenient characteriza-tion method,has played a very important role in the study of graphene.Raman spectroscopy is an in-tegral part of graphene research.The application of Raman spectroscopy in graphene characterization in recent years is reviewed in this paper.The characteristic peak of monolayer graphene was first int-nduced.Then,through the analysis of the changes of D peak,G peakand 2D peak intensity,position and half peak width of Raman spectra,the number of graphene layers can be quickly and accurately characterized,as well as,the stacking orders,edge chirality and doping degree of graphene were de-fined.At the same time,the effects ofsubstrate,doping,temperature and laser power on the intensi-ty,position and half width of D peak,G peak and 2D peak of Raman spectra in the process of prepar-ing graphene were also systematically analyzed.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】10页(P1-10)【关键词】石墨烯;拉曼光谱;层数效应;堆垛方式;边缘手性;掺杂程度【作者】郝欢欢;刘晶冰;李坤威;汪浩;严辉【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;中国标准化研究院,北京100142;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】O657.37人们在理论上对石墨烯的研究最早始于20世纪60年代[1-2]，在当时已预测出二维石墨烯片的电荷载体会表现得像一个无质量的狄拉克费米子并能够指导大多数其他碳材料的量子特性。
氧化石墨烯改性环氧树脂涂料的制备及防腐性能
氧化石墨烯改性环氧树脂涂料的制备及防腐性能摘要：环氧树脂在溶剂蒸发过程中容易产生微孔，影响其防腐蚀性能。
为了提高其对腐蚀介质的阻碍能力，本文采用密闭氧化法制备氧化石墨烯，再利用湿式转移法将氧化石墨烯水溶液分散在环氧树脂中，制备氧化石墨烯/环氧树脂防腐涂料。
通过红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）分析氧化石墨烯的结构变化，利用开路电位测试（OCP）、水接触角、腐蚀形貌和气体透过率，分析氧化石墨烯/环氧树脂涂料的防腐性能。
关键词：腐蚀；环氧树脂；氧化石墨烯；复合材料；防腐性能；机械性能引言：金属是现代化工业和农业发展的基础材料，它易与介质发生腐蚀反应，影响金属材料自身性能和使用寿命。
因此，研发防腐性能优异的涂料一直是全世界的研究热点。
其中，金属表面涂层技术是目前应用最广泛的防腐手段之一。
环氧树脂（EP）具有稳定的化学性能、突出的附着力、较低的固化收缩率、较高的抗拉伸强度和优异的耐腐蚀性能，被广泛地应用于防腐领域。
然而，环氧树脂在溶剂蒸发过程中结构不可避免地产生微孔，大大地降低了涂料屏蔽介质和阻碍腐蚀的能力。
掺杂纳米材料是克服传统有机涂料缺陷和延长涂料使用寿命的有效方法。
石墨烯（G）是一种以sp2碳原子组成的纳米结构，呈蜂窝状，具有导电导热性能优良、机械强度高、化学性能稳定等优点，成为腐蚀防护领域重要的材料。
黄坤等，将石墨烯加入环氧树脂体系中，发现石墨烯的加入可以使环氧树脂紧密地交联，提高涂层的耐热性。
但石墨烯防腐涂层仍然存在强疏水性和低分散性的缺点，对于提高环氧树脂的防腐效果并不理想。
氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种重要衍生物，具有与石墨烯相似的平面结构，其表面的羟基、环氧基官能团等能够赋予其良好的分散性和反应活性。
氧化石墨烯具有较高的比表面积、导电性能、机械强度和阻隔性能（氧气、水、氯离子等），在有机涂层领域得到了大量研究。
氧化石墨烯掺杂在环氧树脂中，其阻燃性能、拉伸断裂强度、疏水性和热稳定性得到了较大程度的提高。
石墨烯材料拉曼光谱测试详细讲解
2004年英国曼彻斯特大学的A.K.Geim领导的小组首次通过机械玻璃的方法成功制备了新型的二维碳材料-石墨烯（graphene）。
自发现以来，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它在各学科方面的优异性能，使其成为近年来化学、材料科学、凝聚态物理以及电子等领域的一颗新星。
就石墨烯的研究来说，确定其层数以及量化无序性是至关重要的。
激光显微拉曼光谱恰好就是表征上述两种性能的标准理想分析工具。
通过测量石墨烯的拉曼光谱我们可以判断石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷多少、边缘结构、张力和掺杂状态等结构和性质特征。
此外，在理解石墨烯的电子声子行为中，拉曼光谱也发挥了巨大作用。
石墨烯的典型拉曼光谱图石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面内振动引起的，ｗｗｗ．ｇｌｔ９１０．ｃｏｍ它出现在1580cm-1附近，该峰能有效反映石墨烯的层数，但极易受应力影响。
D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰，该峰出现的具体位置与激光波长有关，它是由于晶格振动离开布里渊区中心引起的，用于表征石墨烯样品中的结构缺陷或边缘。
G’峰，也被称为2D峰，是双声子共振二阶拉曼峰，用于表征石墨烯样品中碳原子的层间堆垛方式，它的出峰频率也受激光波长影响。
举例来说，图1[1]为514.5nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图。
其对应的特征峰分别位于1582cm-1附近的G峰和位于2700cm-1左右的G’峰，如果石墨烯的边缘较多或者含有缺陷，还会出现位于1350cm-1左右的D峰，以及位于1620cm-1附近的D’峰。
图1 514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图[1]当然对于sp2碳材料，除了典型的拉曼G峰，D峰以及G’峰，还有一些其它的二阶拉曼散射峰，大量的研究表明石墨烯含有一些二阶的和频与倍频拉曼峰，这些拉曼信号由于其强度较弱而常常被忽略。
如果对这些弱信号的拉曼光谱进行分析，也可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。