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石墨烯是由高度結(jié)晶態(tài)石墨單層組成的一種高等新型材料，首次報(bào)導(dǎo)于2004年的《科學(xué)》雜志上。它是構(gòu)建其他碳同素異構(gòu)體（如富勒烯、碳納米管 或石墨）的基本單元（圖1）。石墨烯是由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理系和俄羅斯琴諾格洛夫微電子科技研究所兩組團(tuán)隊(duì)首次分離出來(lái)的。它具有優(yōu)異的電子傳輸性 能，其室溫下的電子遷移速率高達(dá)15000cm2V-1s-1，因而成為未來(lái)納米電子設(shè)備的理想材料。

石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，其機(jī)械強(qiáng)度要比鋼鐵高出200多倍。 研制出運(yùn)行速度高達(dá)兆赫茲的新一代超高速納米晶體管是石墨烯研究中的一個(gè) 熱門領(lǐng)域。由于特殊的尺寸和光學(xué)性質(zhì)，石墨烯在絕大多數(shù)襯底上都很難被觀察到。

石墨烯和石墨烯片的拉曼光譜

石墨烯的拉曼譜圖是由若干譜峰組成的。這些拉曼峰已被準(zhǔn)確地表征和理解。以下將具體描述每個(gè)譜峰。

G  峰

石墨烯的主要特征峰，即G峰，是由碳原子的面內(nèi)振動(dòng)引起的，它出現(xiàn)在1580cm-1附近）。該峰能有效反映石墨烯片層數(shù)，極易受應(yīng)力影響。

隨著石墨烯片層數(shù)n的增加，G峰位置會(huì)向低頻移動(dòng)，其位移與1/n相關(guān)。

G峰的形狀沒(méi)有顯著變化。此外，G峰容易受摻雜影響，其峰頻與峰寬可用于檢測(cè)摻雜水平。

D峰通常被認(rèn)為是石墨烯的無(wú)序振動(dòng)峰。該峰出現(xiàn)在1270-1450 cm-1,是由于晶格振動(dòng)離開(kāi)布里淵區(qū)中心引起的，用于表征石墨烯樣品中的缺陷或者邊緣。

事實(shí)上，D峰形成以及D峰依賴于激發(fā)波長(zhǎng)的最可靠解釋來(lái)自于雙共振理論，該理論是由Thomsen最早提出的。

雙共振理論認(rèn)為電子的帶內(nèi)聲子散射需要?jiǎng)恿?，這個(gè)動(dòng)量容易從缺陷中獲 取，從而解釋了D峰首先從缺陷晶體中發(fā)現(xiàn)的原因。

2D峰，也稱G’峰，是雙聲子共振二階拉曼峰。連接聲子波矢量和電子能帶 的雙共振過(guò)程使得2D峰頻率極易受激發(fā)光波長(zhǎng)影響。

對(duì)于514nm的激發(fā)波長(zhǎng)，2D峰出現(xiàn)在2700cm-1附近。2D峰也可以用作判斷石墨烯片層數(shù)，但是它比G峰頻移復(fù)雜。

單層石墨烯的2D峰只顯示單個(gè)洛倫茲擬合峰，只代表一個(gè)可能的雙共振散色過(guò)程，而雙層石墨烯中出現(xiàn)4個(gè)擬合峰，分別代表四個(gè)可能的雙共振過(guò)程。隨著石墨烯層數(shù)增加，雙共振過(guò)程也增加，其拉曼譜圖形狀越接近石墨，最后只出現(xiàn)2個(gè)峰。

石墨烯片的拉曼成像

石墨烯通常難于光學(xué)定位,只用光學(xué)顯微鏡無(wú)法檢測(cè)石墨烯片的層數(shù)或缺 陷。拉曼成像具有高空間分辨率（優(yōu)于0.5µm），是獲取石墨烯片信息的一種快速可靠的工具。

KirillBolotin（范德堡大學(xué)）使用XploRA 拉曼光譜儀上的532nm激發(fā)波長(zhǎng)，對(duì)附著在SiO2/Si 襯底上的石墨烯樣品進(jìn)行了拉曼成像。以下將介紹兩種常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法：多變量建模和峰擬合。

建模

使用Labspec5軟件中的建模功能可簡(jiǎn)便獲取樣品中雙層（圖4中綠線)和多層（圖4中紅線）石墨烯片的分布。此建模功能是運(yùn)用經(jīng)典最小二乘法將譜圖擬合出用戶選擇的各種純組分光譜。有些樣品邊緣也有可能探測(cè)到D峰，因此在邊緣獲得的譜圖（粉紅線）被認(rèn)為是第三種成分用于成像分析。

譜峰擬合

根據(jù)譜圖信息，如峰位、峰強(qiáng)、峰面積和/或峰寬，也可以使用譜峰擬合來(lái)獲取拉曼成像圖。圖5是譜峰擬合獲得的石墨烯樣品成像圖。

快速拉曼成像

上述拉曼成像是在傳統(tǒng)的點(diǎn)掃描模式下獲取的，由于石墨烯的拉曼信號(hào)很強(qiáng)，并且可以在極短采集時(shí)間內(nèi)獲得譜圖，因此它適用于SWIFTTM超快速成像。 創(chuàng)新性的同步數(shù)據(jù)采集過(guò)程使得拉曼圖像采集速度<5ms/點(diǎn)，這極大地降低了成像所需時(shí)間。將SWIFTTM超快速成像與獨(dú)特的DuoScanTM大光斑成像模式聯(lián)合使用，可以在從未有過(guò)的短時(shí)間內(nèi)對(duì)超大樣品進(jìn)行拉曼成像。