新型碳材料石墨烯及其拉曼光谱毕业论文

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)

2014届本科毕业设计

新型碳材料石墨烯及其拉曼光谱

物理与电子信息学院

专 业 名 称 物理学（师范） 学 生 姓 名 吴鹏飞 学 号

指 导 教 师 刘照军教授 完 成 时 间 2014年5月8日 院 （系） 名 称

0

新型碳材料石墨烯及其拉曼光谱

吴鹏飞

指导教师：刘照军

摘 要： 碳材料自其发现以来一直都是研究运用的热点，而近几年碳材料的发展速度却有着惊人地提高，究其原因就是石墨烯的发现及应用。石墨烯作为一种新兴的高效材料，加其诱人的特性及发展前景，吸引着各界学者的研究。在分析了几十篇有关论文及文献的情况下，本文从石墨烯的发现历史，制备，结构与性质，应用前景四方面对石墨烯进行简单的分析和介绍。而要彻底了解一种材料就要用不同的方法进行表征，本文将从拉曼光谱的角度进行表征分析，以求达到对石墨烯的基本了解。

关键词：石墨烯；拉曼光谱；2D峰；层数；表征

Graphene and its Raman Spectra

Wu Peng-fei Tutor: Liu Zhao-jun

Abstract: Carbon materials since its discovery a study using materials in recent years speed is strikingly increase, investigate its reason is that the discovery and use of graphene. Graphene as a new efficient material, plus its attractive properties and development prospects, attracting scholars from all walks of life. On the analysis of the dozens of relevant papers and documents, this article from the ,structure and properties, the application prospect of the four parties in the face of graphene for simple analysis and introduction. And to thoroughly understand a kind of material, we should characterize it with different methods, this article from the Angle of the Raman spectra characterization analysis, in order to reach a basic understanding of graphene.

Keywords: Raman spectrum; graphene; 2D peak; characterization

目 录

摘 要 ............................................................................................................................................... 1 1 引言 ............................................................................................................................................. 3 1.1 碳材料 ...................................................................................................................................... 3 1.2 拉曼光谱基础 .......................................................................................................................... 5 2 石墨烯 ......................................................................................................................................... 7 2.1 石墨烯的发现 .......................................................................................................................... 7 2.2 石墨烯的制备 .......................................................................................................................... 7 2.3 石墨烯的结构与性质 .............................................................................................................. 8 2.4 石墨烯的应用前景 .................................................................................................................. 9 3 石墨烯的拉曼光谱表征 ........................................................................................................... 12 3.1 实验器材及装置 .................................................................................................................... 12 3.2 实验数据分析 ........................................................................................................................ 12 3.3 实验结果分析 ........................................................................................................................ 14 4 总结 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ....................................................................................................... 错误！未定义书签。

1 引言

1.1 碳材料

自然界中，碳是组成各种有机体的最基本元素之一，由碳元素与其它元素组成的各种物质其普遍存在，形态迥异，化学性质也各不相同。即使是由单一碳元素也能组成很多种不同结构、化学性质不同的物质，化学上称它们为“同素异构体”。由单一碳元素也能组成的同素异构体主要有石墨、金刚石，近年来随着纳米科技的发展，又发现了富勒烯、碳纳米管、石墨烯等新型碳材料。

石墨、金刚石属于传统的碳材料，石墨、金刚石属于传统的碳材料，在生活和工业上均有长期的使用，并且使用广泛。虽然它们均是由碳元素构成的单质，但在结构上却有着巨大的差异。在石墨中，每个碳原子分别以共价键链接三个碳原子，呈蜂巢式多个六边形并列分布，构成层状结构。各碳原子层之间的距离太大，难于生成共价键，它们是通过弱分子力结合在一起的。这种力是由各层中电子的运动所产生的，各层间的这种弱引力使得石墨具有柔软性，而它的滑腻感则是一层在另一层上滑动的结果。而金刚石晶体属立方晶系，是典型的原子晶体，每个碳原子都以杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体，这是金刚石的面心立方晶饱的结构。

结构差别导致了它们具有不同的物理化学性质。由于石墨层与层间的分子力非常弱，层与层之间及易滑动，而金刚石中碳原子间是由共价键链接，十分稳固，不易断裂，使得金刚石成为自然界最硬的固体，而石墨则是最为柔软的物质之一。由能带理论，金刚石禁带宽度达 5.47eV，具有极强的绝缘能力，而石墨能隙最窄为40meV，是很好的导体。金刚石的热容量比较小，热导率很高，而石墨晶体则是各向异性。固体具有饱和电子结构时没有固有磁矩，表现为抗磁性，而当固体中含有杂质和缺陷时，一般具有未配对的电子，其自旋就会变现出顺磁性。金刚石和石墨都是饱和电子结构，在完美结晶时都是抗磁的，石墨易含有杂质和缺陷，此时就会表现出顺磁性，不同的是，金刚石不易参杂，只表现出抗磁性。

石墨和金刚石都是普通的传统碳材料，随着纳米技术的发展，使得碳材料在纳米方向也有所发展。碳纳米材料是指其结构至少在一个维度上处于纳米尺度（0.1nm——10nm）范围内的固体超细碳材料。碳纳米材料主要有零维的富勒烯，一维的碳纳米管和二维的石墨烯。