石墨烯的拉曼為什麼會沒有D峰，卻有2D峰，而石墨的的2D峰不明顯？

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希望拉曼高手不吝賜教

2016-08-23

這是志陽第一代工藝的單層石墨烯拉曼圖譜

這是志陽第一代工藝的多層石墨烯拉曼圖譜

由於是采溫度來製備的，即使含氧率低也還是有缺陷，所以 D 峰有壟起，不過算是品質不錯了。至於 2D 峰及 G 峰是我們用來判斷石墨烯「層數」的，可以看出 2D峰╱G峰的比率越高，就代表石墨烯的層數越少。

碳的同素異形體（鑽石、碳納米管、石墨烯、石墨、富勒烯等）結構非常類似，其不同之處僅僅表現在碳原子的相對位置以及其與相鄰原子的成鍵方式。拉曼光譜的這種靈敏度對於我們研究碳的同素異形體提供了絕佳的便利。

石墨烯並非沒有 D 峰，而石墨也不是 2D 峰不明顯。石墨和單層石墨烯的拉曼譜圖中，G 峰和 2D 峰都非常明顯。值得注意的是，對於碳晶格中有缺陷的石墨烯而言，往往還會出現比較明顯的 D峰。雖然石墨和石墨烯的譜圖差別非常小，但是其 G 峰和 2D 峰的位置和形狀卻為我們提供了非常重要的信息。

G 峰

在石墨烯拉曼譜圖中，G 峰一般位於 1587 cm-1 位置，峰形非常尖銳。這個峰代表的是石墨烯中sp2 雜化碳原子的面內振動模式。G 峰的位置對石墨烯層數非常敏感，透過 G 峰的位置，可以判斷特定石墨烯樣品的層數。隨著層數的增加，G峰朝低位移方向移動，亦即朝低能量方向移動，表明石墨烯層之間的鍵能的削弱。值得注意的是，石墨烯的峰位置會受到溫度、摻雜以及非常微弱的應力影響，所以，當需要利用拉曼進行石墨烯層數計算時，操作需要非常小心。

G 峰不僅能夠利用其位置用於計算石墨烯的層數，還可以利用其強度來確定石墨烯的厚度。不同層數的石墨烯 G 峰強度呈線性相關。G峰強度收到溫度、摻雜以及應力的影響較小，在環境因素難以避免時，其提供的石墨烯層數計算更加準確。

D峰

D 峰代表的是石墨烯中 sp2 雜化碳原子環的環呼吸振動模式，表現的是碳晶格的缺陷和無序。石墨和高質量石墨烯中，D 峰一般非常弱。如果 D 峰很明顯，說明材料中存在許多缺陷。D 峰的強度和樣品中的缺陷成都成比例關係。另外需要說明的是，D 峰是一種諧振峰，這個峰位置有許多微弱的振動模式，根據雷射的不同，不同的振動模式會得到增強。因此，在研究 D 峰的時候，需要使用相同的雷射頻率。

2D峰

2D 代表兩個光子晶格的振動模式，是 D 峰的倍頻峰。和 D 峰不一樣的是，2D 峰不需要被臨近原子活化成缺陷。所以，石墨烯拉曼譜圖中，即便 D 峰不存在，2D 峰也總是非常強，而且也不代表缺陷。對於單層石墨烯樣品，2D 峰是一個單獨的對稱峰，半高寬約 30 cm-1。隨著層數的增加，對稱性降低，2D 峰分裂成多個重迭的峰。這種明顯的峰形變化，可有效區別石墨烯層數（適用於層數小於 4 的樣品）。

和 D 峰相同的是，2D 峰也是共振峰，具有明顯的色散行為。所以 2D 峰的位置和峰形會隨著雷射頻率變化。因此，在研究 2D 峰的時候，需要使用相同的雷射頻率。值得一提的是，單層石墨烯還可以透過 2D 峰和 G 峰的強度比例來鑒別。高質量（無缺陷）的單層石墨烯的 I2D╱IG 為 2，隨著比例的降低，說明石墨烯層數越來越厚。