研究背景
碳是世界上含量最廣的一種元素，它具有多樣電子軌道特性，其SP2的異向性會導致晶體的各向異性和其他排列的各向異性，因此以碳元素為唯一構成元素的的碳材料，具有各種各樣的性質。在歷史的發展中，傳統的碳材料包括木炭、竹炭、活性碳、碳煙、焦炭、天然石墨、石墨電極、碳刷、碳棒、鉛筆等。而隨著社會的發展，人們不斷地對碳元素的研究又發明了許多新型碳材料，像是金剛石、碳纖維、石墨層間化合物、柔性石墨、核石墨、儲能型碳材料、玻璃碳等。近年來，尤以新型碳納米材料，富勒烯、奈米碳管、石墨烯等受到廣泛地使用。
圖1 碳材料 (來源:網路用圖)
然而，碳材料是由對稱的碳-碳共價鍵構成，組成單一但結構多樣，其有效表徵是一個難題。拉曼光譜可以對碳材料結構間的微小變化進行表徵，是當前受歡迎的表徵技術之一。利用拉曼光譜，將可以對碳材料分子結構、成鍵效果、載荷以及內部應力分佈做全面的研究。
石墨烯測試
測試設備
如海的532nm顯微拉曼光譜儀
圖2 測試場景圖
測試結果
分別使用如海532nm顯微拉曼對三個石墨烯樣品（SiO2/Si基底）進行測試，三個樣品分別對應單層石墨烯、雙層石墨烯和少層石墨烯。圖3為三個石墨烯樣品的顯微成像結果。
圖3 (a)單層石墨烯;(b)雙層石墨烯;(c)少層石墨烯
石墨烯樣品的拉曼測試結果如圖4所示，圖中可觀察到明顯的碳材料G峰和2D峰。此外從圖中可以看出，單層石墨烯的G'（2D）峰強度大於G峰，並具有完美的單洛倫茲峰型，隨著層數的增加，G'（2D）峰半峰寬增大且向高波數位移 ，這是因為G'（2D）峰產生於一個雙聲子雙共振過程，與石墨烯的能帶結構緊密相關，與此同時G峰、G'（2D）峰的強度比隨著層數的增加而發生變化，為石墨烯層數的判斷提供依據。
圖4 不同石墨烯樣品拉曼測試結果
金剛石測試
測試設備
如海的可擕式拉曼光譜儀Portman-532
圖5 測試場景圖
測試結果
圖6為不同人造金剛石磨料測試結果，其中1332cm-1附近是金剛石的一階拉曼譜線，代表金剛石微粉的有效成分，3140cm-1處與晶體雜質成分及含量以及晶體內部缺陷相關。
圖6 不同人造金剛石磨料拉曼測試結果
金剛石NV色心溶液測試結果見圖7，圖中1435cm-1，3149cm-1特徵峰，分別對應NV色心的NV0的零聲子線與NV-的零聲子線，可通過這兩處特徵峰反映金剛石中NV色心的含量，測試結果與文獻報導相吻合。
圖7 金剛石NV色心溶液測試結果
碳化矽
測試設備
如海的532nm顯微拉曼光譜儀圖8測試場景圖
測試結果
SiC拉曼測試結果見圖9，從圖中可觀察到明顯的SiC 特徵位移（775cm-1），與文獻報導一致。
圖9 SiC拉曼測試結果
實驗結論
實驗結果表明，可以通過如海的532nm拉曼光譜儀對石墨烯、金剛、碳化矽等碳材料進行表徵。
參考文獻
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[2] 王生毅. 金剛石NV色心系綜製備與表徵技術研究[D].中北大學, 2018.
[3]辛伍紅.碳材料拉曼測試中激發光能量的選擇[J].化工時刊, 2020, 34(6):4.產品推薦
Portman-532可擕式拉曼光譜儀產品簡介
Portman-532可擕式拉曼光譜儀配置了一款適用於拉曼光譜檢測的面陣式光纖光譜儀，相比傳統的532nm拉曼光譜儀，Portman-532的靈敏度得到很大的提升，能夠檢測到細胞級別的微弱拉曼訊號。適用於對原材料的篩選、現場檢測、石墨烯合成反應、生物醫療、體外診斷及物質分析鑑定等場景；使用方便，操作簡單。檢測結果客觀準確。客戶可根據應用需求選擇最適合的產品。
產品特點
- 檢測範圍廣：200-4000cm-1
- 訊號靈敏度高，可分辨矽片的二階峰
- 能測出雞肉脂肪細胞訊號
- 高度整合，輕巧便捷
- 高穩定性
MR532顯微拉曼光譜儀
產品簡介
MR532顯微拉曼光譜儀是由LED光源、金相顯微鏡等部分構成。操作簡單，採集速度快，在短時間內觀察到樣品的微觀結構與拉曼光譜資訊，能夠快速説明使用者對樣品進行檢測與分析。在生物醫療、光致發光、微塑膠、二維材料石墨烯等科研領域中廣泛應用。可支援拓展Mapping平臺（即拉曼光譜成像功能），可以對樣品微區進行拉曼光譜成像。用圖像的方式直觀顯示樣品的化學成分分佈、表面物理化學性質等更多資訊。高精度移動平臺，最小步進1 μm，可精確探測到樣品的拉曼訊號。軟體功能完善，可實現自動聚焦功能、明場圖像拼接以及mapping圖像顯示。
產品特點
- 檢測速度快：能夠快速得到樣品的微觀結構與拉曼光譜資訊
- 軟體功能全面：自動聚焦、譜圖疊加，明場圖像拼接以及mapping圖像顯示
- 光譜性能優異：儀器的重現性、靈敏度、解析度等性能優異
- 靈活便攜：隨插即用，可根據樣品狀態調整