專利名稱：原位顯微拉曼表征系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料制備和光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種原位顯微拉曼表征系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石墨插層化合物是在石墨的石墨烯層間插入原子或分子層的一種化合物。由于其在結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)方面具有獨(dú)特的特征，石墨插層化合物自1841年被發(fā)現(xiàn)以來就被廣泛地研究。它們被廣泛地應(yīng)用于電極、導(dǎo)體、超導(dǎo)體、催化劑、電池等領(lǐng)域。 最近石墨烯的發(fā)現(xiàn)和物理研究獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，因此，能否將石墨烯片插入其它原子或分子層而形成石墨烯片插層化合物，就是一個(gè)十分重要的問題。如果能制備，有什么簡便的方法？以前石墨插層化合物的尺寸和體積都非常大，因此表征石墨插層化合物就十分方便，無論是X射線還是拉曼光譜等技術(shù)。但是，由于石墨烯片往往非常薄和非常小，X射線已經(jīng)很難應(yīng)用到石墨烯片插層化合物中。對(duì)于拉曼光譜而言，表征石墨烯也不是易事，這涉及到如何定位微小的石墨烯片。這時(shí)，利用顯微拉曼光譜來表征石墨烯片插層化合物就非常必要。石墨烯片插層化合物的形成跟溫度有很明顯的關(guān)系。一般合成石墨插層化合物時(shí)，需要通過控制石墨烯和三氯化鐵之間的溫度差來實(shí)現(xiàn)不同的插層階次，這樣制備石墨插層化合物的設(shè)備就非常復(fù)雜，典型的就是Dresselhaus在Advanced in Physics 51,I (2002)中圖五敘述的裝置。對(duì)于石墨烯片插層化合物的制備，這種裝置是不方便的，因?yàn)槭┑某叽缤苄。挥袔讉€(gè)到幾十個(gè)微米，另外石墨烯的厚度非常薄，只有幾至幾百埃。以前制備石墨插層化合物那樣宏大的設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)不適合于微小的石墨烯片。考慮到當(dāng)石墨烯和三氯化鐵之間的溫度差為零時(shí)，可以制備一階次的插層化合物，我們就設(shè)計(jì)了小巧的合成設(shè)備和相應(yīng)的制備方法，并利用這種設(shè)備和方法成功合成了一階次的石墨烯片插層化合物。如上所述，石墨烯片插層化合物因其尺寸小，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)微米量級(jí)的石墨烯片進(jìn)行插層，而且在插層反應(yīng)過程中不會(huì)對(duì)微小石墨烯片造成污染或破壞，并能對(duì)插層反應(yīng)前后的石墨烯片進(jìn)行重復(fù)定位，這些都是石墨烯片插層化合物制備需要解決的問題。這些問題是全新的問題，是在以前體石墨的插層化合物制備中不會(huì)碰到的。另外，石墨烯片微小的尺寸給其拉曼表征帶來一定的困難，人們?nèi)绾闻袛嗨玫氖┢欠裢耆徊鍖訛橐浑A次的插層化合物就是急需要解決的問題。如何將石墨烯片插層化合物的制備與其原位的顯微拉曼表征相結(jié)合，顯然是目前石墨烯片插層化合物的初始研究所急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，適合于對(duì)微米量級(jí)的石墨烯片進(jìn)行插層，插層反應(yīng)過程中不會(huì)對(duì)微小石墨烯片造成污染或破壞，并能對(duì)插層反應(yīng)前后的石墨烯片進(jìn)行重復(fù)定位。該方法可以用于一階次的微小尺寸石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的制備。同時(shí)，本發(fā)明的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)可以用來原位監(jiān)測(cè)和研究石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的純度、階次和均勻性等問題。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一激光器 LS;一拉曼光譜儀RS，包含長工作距離物鏡OB ；一玻璃管TB和一比色皿CL，比色皿CL內(nèi)含石墨烯片，玻璃管TB內(nèi)含三氯化鐵石墨烯片；一加熱臺(tái)JRT，用來加熱玻璃管TB和比色皿CL以合成石墨烯片/三氯化鐵插層化合物；一平移臺(tái)PYT，用來將比色皿CL內(nèi)的石墨烯移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB下方中心；一升降臺(tái)SJT，用來將比色皿CL內(nèi)的插層化合物移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB中心；以及 兩振鏡ZM，用來原位拉曼成像。上述方案中，所述拉曼光譜儀RS置于激光器LS后。上述方案中，所述玻璃管TB和比色皿CL密閉相通，置于長工作距離物鏡OB下方。上述方案中，所述加熱臺(tái)JRT置于密閉玻璃管TB和比色皿CL下方。上述方案中，所述平移臺(tái)PYT置于加熱臺(tái)JRT右方。上述方案中，所述升降臺(tái)SJT置于加熱臺(tái)JRT和平移臺(tái)PYT下方。上述方案中，所述兩振鏡ZM置于拉曼譜儀RS顯微物鏡OB上方光路中。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、利用本發(fā)明，可以方便地制備出小尺寸的一階次的石墨烯片/三氯化鐵插層化合物，不會(huì)對(duì)微小的石墨烯片造成污染或破壞，并能對(duì)插層反應(yīng)前后的石墨烯片進(jìn)行重復(fù)定位，從而對(duì)其成品率、階次和均勻性等進(jìn)行原位的拉曼光譜表征。如果所制備石墨烯片插層化合物純度不夠，還可以原位再對(duì)玻璃管和比色皿加熱，進(jìn)一步合成純凈的石墨烯片插層化合物。2、本發(fā)明提供的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，可應(yīng)用于各種石墨烯片插層化合物的制備和相應(yīng)材料的拉曼光譜測(cè)試等技術(shù)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明如后，其中
圖I是本發(fā)明提供的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是三氯化鐵插層2-4層石墨烯片后的顯微光學(xué)圖。圖3是利用原位顯微拉曼系統(tǒng)表征本發(fā)明所制備的雙層和三層石墨烯片插層化合物的顯微拉曼譜圖。圖4是利用原位顯微拉曼系統(tǒng)測(cè)試不均勻石墨烯片插層化合物的兩個(gè)拉曼峰的強(qiáng)度像。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供的這種石墨烯片插層化合物的制備方法，是將石墨烯片放置在與玻璃管相連且相通的比色皿內(nèi)；將三氯化鐵放置在玻璃管內(nèi)；利用分子泵將玻璃管和比色皿抽成真空；將玻璃管用酒精燈加熱密封；將玻璃管和比色皿加熱到340攝氏度并保持6至24小時(shí)；然后降溫到常溫。其中，如果三氯化鐵潮濕，利用分子泵將玻璃管和比色皿抽成真空可以用加熱臺(tái)將其加熱到100攝氏度后保持I小時(shí)，待冷卻后將玻璃管用酒精燈加熱密封。請(qǐng)參閱圖I所示，圖I是本發(fā)明提供的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括一激光器 LS ；一拉曼光譜儀RS，包含長工作距離物鏡0B，置于激光器LS后；密閉相通的一玻璃管TB和一比色皿CL，置于長工作距離物鏡OB下方，其中比色皿CL內(nèi)含石墨烯片，玻璃管TB內(nèi)含三氯化鐵；一加熱臺(tái)JRT，用來加熱玻璃管TB和比色皿CL以合成石墨烯片/三氯化鐵插層化合物，置于密閉玻璃管TB和比色皿CL下方；一平移臺(tái)PYT，用來將比色皿CL內(nèi)的石墨烯移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB下方中心，置于加熱臺(tái)JRT右方；一升降臺(tái)SJT，用來將比色皿CL內(nèi)的插層化合物移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB中心，置于加熱臺(tái)JRT和平移臺(tái)PYT下方；兩振鏡ZM，用來原位拉曼成像，置于拉曼譜儀RS顯微物鏡OB上方光路中。利用上面的制備方法和制備設(shè)備，可以通過控制加熱臺(tái)的溫度來制備石墨烯片/三氯化鐵插層化合物，同時(shí)利用原位顯微拉曼表征系統(tǒng)來檢測(cè)樣品的合成情況。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖2給出了三氯化鐵插層2-4層石墨烯片后的顯微光學(xué)圖，圖中的2-4層石墨烯片的大小僅為約300平方微米，用以前的方法極易玷污樣品而無法在插層反應(yīng)后找到這么微小的石墨烯片，但是對(duì)于本發(fā)明的制備方法和原位顯微拉曼表征系統(tǒng)來說卻不存在任何問題。圖3給出了利用原位顯微拉曼系統(tǒng)表征本發(fā)明所制備的雙層和三層石墨烯片插層化合物的顯微拉曼譜圖。圖3中的拉曼峰I是石墨烯的G模，位于1625波數(shù)左右，遠(yuǎn)高于本征石墨的1582波數(shù)，與石墨插層化合物類似，說明二層和三層石墨烯已經(jīng)被插層成一階次的化合物。拉曼譜中的拉曼峰2是單峰結(jié)構(gòu),進(jìn)一步證明了這一結(jié)論。
當(dāng)石墨烯片插層化合物的質(zhì)量不好時(shí)，本發(fā)明在1615波數(shù)和1625波數(shù)觀察到兩個(gè)拉曼峰。利用本發(fā)明的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)中的兩個(gè)振鏡角度的偏轉(zhuǎn)，可以在樣品不動(dòng)的情況下對(duì)石墨烯片插層化合物進(jìn)行掃描成像。圖4給出了掃描成像結(jié)果，其中，圖4 (a)是1615波數(shù)峰位強(qiáng)度，圖4(b)是1625波數(shù)峰位強(qiáng)度。從圖4中可以看出，樣品的上半部分是重?fù)诫s，下半部分是輕摻雜，很不均勻，需要進(jìn)一步的合成，以形成完全的石墨烯片插層化合物。以上實(shí)施例說明本發(fā)明的制備方法和制備設(shè)備對(duì)于合成石墨烯片插層化合物十分有效和有用。同時(shí)，本發(fā)明的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)對(duì)合成的石墨烯片插層化合物能進(jìn)行有效表征，和方便地檢測(cè)樣品的合成。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 一激光器LS ； 一拉曼光譜儀RS，包含長工作距離物鏡OB ； 一玻璃管TB和一比色皿CL，比色皿CL內(nèi)含石墨烯片，玻璃管TB內(nèi)含三氯化鐵； 一加熱臺(tái)JRT，用來加熱玻璃管TB和比色皿CL以合成石墨烯片/三氯化鐵插層化合物； 一平移臺(tái)PYT，用來將比色皿CL內(nèi)的石墨烯移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB下方中心； 一升降臺(tái)SJT，用來將比色皿CL內(nèi)的插層化合物移到拉曼光譜儀RS顯微物鏡OB中心；以及 兩振鏡ZM，用來原位拉曼成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述拉曼光譜儀RS置于激光器LS后。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃管TB和比色皿CL密閉相通，置于長工作距離物鏡OB下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱臺(tái)JRT置于密閉玻璃管TB和比色皿CL下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述平移臺(tái)PYT置于加熱臺(tái)JRT右方。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述升降臺(tái)SJT置于加熱臺(tái)JRT和平移臺(tái)PYT下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，其特征在于，所述兩振鏡ZM置于拉曼譜儀RS顯微物鏡OB上方光路中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原位顯微拉曼表征系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括內(nèi)含石墨烯片和三氯化鐵的密閉相通的玻璃管和比色皿；一激光器；一拉曼光譜儀；一加熱臺(tái)；一升降臺(tái)；一平移臺(tái)；兩振鏡。本發(fā)明提供的原位顯微拉曼表征系統(tǒng)可用來原位表征石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的顯微拉曼光譜，并能原位監(jiān)測(cè)石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的形成情況。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102818799SQ20121024444
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者譚平恒, 趙偉杰, 韓文鵬, 歷巧巧, 姬揚(yáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所