石墨烯的表面調(diào)控及其表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng).pdf

1、石墨烯是真正意義上的二維材料，可脫離襯底獨(dú)立穩(wěn)定地存在。它由一層碳原子層組成，具有完美的六角形晶格。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它具有許多新奇的性質(zhì)。不同于一般金屬和半導(dǎo)體，石墨烯中的載流子是無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子，具有相對論行為，能提供一個非極端條件下（室溫、較小的磁場）觀察和驗(yàn)證相對論相關(guān)物理現(xiàn)象的平臺。它具有出色的電輸運(yùn)性質(zhì)(遷移率大于104cm2/V.s)、良好的透光性（單層吸收為2.3％）并能與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝兼容，展現(xiàn)出在半導(dǎo)體和光電器件方向的

2、應(yīng)用潛力。此外，它的高電導(dǎo)和超大的比表面積(2600cm2/g)也受到化學(xué)和生物界的極大關(guān)注。人們致力于石墨烯制備方法的開發(fā)和改進(jìn)、物性的深入和系統(tǒng)的研究、應(yīng)用的不斷拓展?；瘜W(xué)法原則上能實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量低成本制備，具有良好的應(yīng)用前景。同時，由化學(xué)法制備的石墨烯具有易修飾的優(yōu)點(diǎn)，其sp2和sp3雜化區(qū)域共存的結(jié)構(gòu)特征也給了人們一種調(diào)控石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的新方法。
　　 最近，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯還可實(shí)現(xiàn)對拉曼信號的有效增強(qiáng)，并能淬滅熒光背

3、底，提高拉曼信號和熒光信號之比?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)制和電磁增強(qiáng)機(jī)制是表面增強(qiáng)的兩大重要機(jī)制，通常又會對拉曼增強(qiáng)效果產(chǎn)生共同的作用和影響。石墨烯的等離子共振頻率遠(yuǎn)離可見波段，因此可以提供一個獨(dú)立研究化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制的良好平臺。此外，化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制依賴于分子和襯底的相互作用，因此利用化學(xué)法制備的石墨烯易于修飾的優(yōu)點(diǎn)，通過控制其表面結(jié)構(gòu)對石墨烯的化學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)和機(jī)制可以進(jìn)行有效的研究。
　　 在第一章中，我們介紹了石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、現(xiàn)有的制備方案以

4、及拉曼增強(qiáng)的相關(guān)機(jī)制，給出了研究工作的選題背景和依據(jù)。
　　 在第二章中，我們以化學(xué)法制備的石墨烯為測量分子拉曼信號的襯底。我們使用還原方式對氧化石墨烯的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)了石墨烯拉曼增強(qiáng)能力對表面基團(tuán)的依賴性。結(jié)合X光電子能譜，我們確定表面含氧基團(tuán)越多，拉曼信號越強(qiáng)。對此現(xiàn)象，我們提出了一種不涉及電荷轉(zhuǎn)移的化學(xué)增強(qiáng)圖像，即具有較大偶極矩的含氧基團(tuán)在外場的激發(fā)下可增強(qiáng)局域場強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)拉曼信號的增強(qiáng)。
　　 在第三章

5、中，我們設(shè)計(jì)和制備了具有更大表面偶極的襯底，來驗(yàn)證表面偶極在拉曼增強(qiáng)過程中的作用和機(jī)理。我們利用CF4等離子體對高溫?zé)徇€原石墨烯進(jìn)行了氟摻雜，并以氟化石墨烯作為襯底，測量了它對分子拉曼信號增強(qiáng)作用及其同氟含量的依賴性。結(jié)合氟摻雜石墨烯電學(xué)輸運(yùn)性能的測量，我們排除了石墨烯費(fèi)米能級移動引起共振電荷轉(zhuǎn)移的可能,從而將拉曼增強(qiáng)歸結(jié)為表面偶極的作用。氟化和氧化石墨烯的結(jié)果均表明：通過化學(xué)修飾改變表面偶極是一種調(diào)控石墨烯拉曼增強(qiáng)性能的有效手段。