石墨烯表面增强拉曼散射效应的探究

发布时间：2017-05-30 23:14

  本文关键词：石墨烯表面增强拉曼散射效应的探究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯（Graphene）是一种由碳原子组成的紧密堆积的六角型二维蜂窝状晶体，具有非常出色的物理化学特性。自2004年被发现以来，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，在理论研究和应用方面引起了广泛的关注。它在各学科各方面的优异性能，使之成为近年来化学、材料科学以及凝聚态物理学领域的一颗新星。石墨烯这种半金属材料也具有像金属一样的拉曼增强效应。但是，石墨烯增强拉曼散射效应（GERS）的机理仍然不是很清楚，这严重的限制了它未来的应用。 本论文以揭示GERS产生机理为目标，利用拉曼光谱研究了研究石墨烯/分子界面电荷转移与GERS的关系，并在此基础上发展了GERS效应的应用。 本论文的主要研究内容包括： （1）文章讨论了机械剥离法和化学气相沉积法（CVD）制备石墨烯的方法及两种方法的特点，重点分析了化学气相沉积法的生长条件，并利用光学显微镜和拉曼光谱仪对制备出来的石墨烯缺陷程度和厚度进行了测量。 （2）本文分析石墨烯作为表面增强拉曼散射（SERS）基底的机制，使用溶液浸泡的方法把Rhodamine6G（R6G）分子吸附在石墨烯，实验发现随着石墨烯G峰的蓝移，R6G分子拉曼信号的强度增加。通过对石墨烯费米面和R6G分子轨道能级的分析，得出石墨烯作为表面增强拉曼衬底的机制是由于化学增强。文章中最先提出分子的拉曼信号强度与石墨烯拉曼光谱中拉曼峰密切相关。相比于在石墨烯上做电极外加电场调节费米能级相比，该文所采用的方法更简单、易操作。并且，，采用空穴掺杂实现了连续可调费米面0-0.4eV。 （3）在进行实验过程中，分子的拉曼信号的增强不是对于所有的分子都能实现，如：Rhodamine B（RhB）分子。因此，扩展石墨烯作为表面增强拉曼衬底的应用范围，需要进一步改良石墨烯。我们利用等离子体处理石墨烯表面的方法，等离子体可以对石墨烯进行刻蚀，离子的轰击使石墨烯产生边缘或缺陷，改变石墨烯物理结构，实现了对RhB分子的拉曼信号的增强，我们比较了不同缺陷程度的石墨烯对表面增强拉曼散射（SERS）效应的影响。同样用溶液浸泡的方法把分子吸附在有缺陷的石墨烯以及SiO2/Si基底上，观察到RhB分子拉曼信号强度随缺陷的增加呈现先增大后减小的变化趋势。
【关键词】：石墨烯 表面增强拉曼散射（SERS） 拉曼光谱
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O657.37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 石墨烯概况9-15
• 1.1.1 石墨烯的结构10-11
• 1.1.2 石墨烯的电子能带结构11-12
• 1.1.3 石墨烯的性质及应用展望12-15
• 1.2 石墨烯表面增强拉曼散射效应15-20
• 1.2.1 拉曼散射和拉曼光谱15-16
• 1.2.2 表面增强拉曼散射16-18
• 1.2.3 石墨烯表面增强拉曼散射效应18-20
• 1.3 课题来源及研究思路20-21
• 第2章 石墨烯的制备21-35
• 2.1 固相法21-24
• 2.1.1 机械剥离法21-24
• 2.1.2 外延生长法24
• 2.2 液相法24-26
• 2.2.1 氧化还原法24-25
• 2.2.2 超声分散法25-26
• 2.2.3 有机合成法26
• 2.2.4 溶剂热法26
• 2.3 气相法26-34
• 2.3.1 化学气相沉积法26-32
• 2.3.2 等离子增强法32
• 2.3.3 电弧放电法32-33
• 2.3.4 火焰法33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 石墨烯的表征技术35-45
• 3.1 石墨烯层数的判定35-42
• 3.1.1 原子力显微镜35-36
• 3.1.2 对比度谱36
• 3.1.3 拉曼光谱36-38
• 3.1.4 光学显微镜分析38-39
• 3.1.5 光学图片39-42
• 3.2 拉曼光谱测量石墨烯掺杂的载流子浓度42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 石墨烯表面增强拉曼散射45-57
• 4.1 石墨烯 SERS 机制探究45-50
• 4.1.1 实验思路设计45-46
• 4.1.2 实验内容46-47
• 4.1.3 实验结果47-50
• 4.2 改性的石墨烯 SERS 效应50-55
• 4.2.1 实验思路50-52
• 4.2.2 实验内容52-53
• 4.2.3 实验现象及结果53-55
• 4.3 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64

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