一種透明基底上石墨烯層數(shù)測量方法
【專利摘要】一種透明基底上石墨烯層數(shù)測量方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及通過石墨烯偏振依賴光學(xué)性質(zhì)來測量石墨烯的層數(shù)。首先將石墨烯轉(zhuǎn)移到透明基底上；然后通過折射率匹配液將石英片貼附于棱鏡表面；將光束聚焦照射到覆蓋有石墨烯的位置，出射光分成s和p偏振分別照射到平衡探測器的兩個(gè)探頭；控制位移平臺與平衡探測器對石墨烯樣品進(jìn)行掃描，得到光斑位置與平衡探測器的電壓信號；最后對采集結(jié)果進(jìn)行信號分析處理，獲得石墨烯層數(shù)信息。采用本發(fā)明的方法，能夠靈活、方便得對透明基底上的石墨烯層數(shù)進(jìn)行測量。
【專利說明】一種透明基底上石墨烯層數(shù)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯層數(shù)測量方法，特別涉及一種透明基底上對機(jī)械剝離和化學(xué)氣象沉積法制備的石墨烯的層數(shù)測量方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯在電、光和磁等方面都具有很多非常優(yōu)異的性能:如室溫量子霍爾效應(yīng)、雙極性電場效應(yīng)、鐵磁性、超導(dǎo)性及高的電子遷移率等；同時(shí)其機(jī)械性能優(yōu)異，楊氏模量達(dá)
1.0TPa ;熱導(dǎo)率為5300W *m-l.Κ_1，是銅熱導(dǎo)率的10多倍；幾乎完全透明，對光只有2.3%的吸收。目前通過機(jī)械剝離法和化學(xué)氣象沉積法制備的石墨烯在使用前需要確定石墨烯的層數(shù)，以及石墨烯樣品的均勻性。目前多采用拉曼光譜、原子力顯微、光學(xué)成像等方法進(jìn)行石墨烯層數(shù)的測量，然而這些方法各自的適用范圍比較窄，比如拉曼光譜比較適合單層CVD的石墨烯和機(jī)械剝離的石墨烯，原子力只適用于機(jī)械剝離的石墨烯。因此，一種適用范圍廣、精度高的石墨烯層數(shù)方法對石墨烯的應(yīng)用有著重要的意義。此外，目前石墨烯在透明電極、觸摸屏、光電探測等方面應(yīng)用時(shí)多在透明基底上，因此，對透明基底上石墨烯層數(shù)的測定變得更為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種透明基底上石墨烯層數(shù)的測量方法。利用石墨烯在全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)下對不同偏振光吸收的不同，利用平衡探測器，精確的測定該樣品不同偏振下吸收率的變化，從而確定石墨烯的層數(shù)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0005]一種透明基底上石墨烯層數(shù)測量方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0006]步驟1:將石墨烯轉(zhuǎn)移或直接制備到透明基底上；
[0007]步驟2:通過折射率匹配液將透明基底帖附于棱鏡表面，透明基底沒有石墨烯的一面與棱鏡接觸；
[0008]步驟3:將帶有石墨烯的棱鏡置于移動平臺上，光束通過玻片后產(chǎn)生圓偏振光，通過棱鏡、折射率匹配液和透明基底，在透明基底/石墨烯/空氣界面發(fā)生全反射，最后將反射的光束利用偏振分束器分束，分出的兩種偏振光分別照射在平衡探測器的兩個(gè)探頭；
[0009]步驟4:利用平衡探測器對電壓信號進(jìn)行采集，同時(shí)控制平臺與平衡探測器對石墨烯樣品進(jìn)行掃描，得到一系列光斑位置與平衡探測器的電壓信號；
[0010]步驟5:將電壓信號轉(zhuǎn)換為偏振光吸收率之差，根據(jù)測量裝置的具體參數(shù)(如棱鏡、石英片折射率等)，利用菲涅耳公式計(jì)算出不同層數(shù)石墨烯對應(yīng)的吸收率之差；
[0011]步驟6:最后將實(shí)驗(yàn)測得的吸收率之差與理論值進(jìn)行對比從而得到石墨烯的層數(shù)。
[0012]上述方案中，所述的所述的石墨烯樣品可以為化學(xué)氣相沉積方法獲得或由機(jī)械剝離法獲得。[0013]上述方案中，透明基底的透明光譜范圍為可見波段或近紅外波段，如石英片等剛性材料，或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性材料。
[0014]上述方案中，移動平臺可以為一維或二維方向的移動，從而獲得石墨烯層數(shù)的形貌信息。[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016](I)對透明基底上石墨烯的層數(shù)進(jìn)行精確的測定，同時(shí)適用于CVD法和機(jī)械剝離法制備的石墨稀樣品；
[0017](2)通過一維或二維的樣品移動掃描，可以獲得石墨烯樣品層數(shù)分布的線陣或面陣圖像，以確定石墨烯的均勻性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的示意圖，光通過棱鏡，在石墨烯所在的面發(fā)生全反射，當(dāng)光束沒有照到石墨烯上時(shí)(區(qū)域I)，出射光兩個(gè)偏振方向的吸收變化沒有區(qū)別，吸收率差的信號為零，當(dāng)光束照射到石墨烯(區(qū)域III)或部分照射到石墨烯時(shí)(區(qū)域II)，不同偏振的吸收發(fā)生變化，吸收率差的信號增強(qiáng)。
[0019]圖2具體的石墨烯層數(shù)測量光路圖。
[0020]圖3三層和五層機(jī)械剝離石墨烯樣品的測量結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]測量石英基底上三層和五層機(jī)械剝離石墨烯的層數(shù)，包括以下步驟:
[0024]I)將待測的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到石英片；
[0025]2)通過折射率匹配液將石英片帖附于棱鏡表面，石英片沒有石墨烯的一面與棱鏡接觸，折射率匹配液應(yīng)與棱鏡的折射率相近；
[0026]3)搭建光路如圖2所不,將樣品置于微動平臺上,激光器(532nm)光束通過玻片后產(chǎn)生圓偏振光，光束(或經(jīng)過聚焦，聚焦透鏡的選擇可根據(jù)石墨烯大小進(jìn)行選擇)通過棱鏡、折射率匹配液和石英片，在石英片/石墨烯/空氣界面發(fā)生全反射，最后將反射的光束利用偏振分束器分束，分出的兩種偏振光(TE和TM)分別照射在平衡探測器的兩個(gè)探頭上；
[0027]4)利用計(jì)算機(jī)同時(shí)控制平臺與平衡探測器對石墨烯樣品進(jìn)行掃描，得到一系列光斑位置與平衡探測器的電壓信號(如圖1所示)，掃描前在光斑未照射到石墨烯的位置(如圖1中I的位置)測量偏振分束器分出的一束光的功率Ptl (此時(shí)Pci=Pte=Ptm);

Va
[0028]5)根據(jù)公式(其中V和α分別為平衡探測器的電壓和響應(yīng))將電壓信號

1O
轉(zhuǎn)換為偏振光吸收率之差ΔΑ;
[0029]6)根據(jù)測量裝置的具體參數(shù)(如棱鏡、石英片折射率等)，利用菲涅耳公式計(jì)算出不同層數(shù)石墨烯對應(yīng)的ΛΑ;[0030]7)最后將實(shí)驗(yàn)測得的吸收率之差ΛΑ與理論值進(jìn)行對比從而得到石墨烯的層數(shù)(圖 3)。
【權(quán)利要求】
1.一種透明基底上石墨烯層數(shù)測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將石墨烯轉(zhuǎn)移或直接制備到透明基底上； 步驟2:通過折射率匹配液將透明基底帖附于棱鏡表面，透明基底沒有石墨烯的一面與棱鏡接觸； 步驟3:將帶有石墨烯的棱鏡置于移動平臺上，光束通過玻片后產(chǎn)生圓偏振光，通過棱鏡、折射率匹配液和透明基底，在透明基底/石墨烯/空氣界面發(fā)生全反射，最后將反射的光束利用偏振分束器分束，分出的兩種偏振光分別照射在平衡探測器的兩個(gè)探頭； 步驟4:利用平衡探測器對電壓信號進(jìn)行采集，同時(shí)控制平臺與平衡探測器對石墨烯樣品進(jìn)行掃描，得到一系列光斑位置與平衡探測器的電壓信號； 步驟5:將電壓信號轉(zhuǎn)換為偏振光吸收率之差，根據(jù)測量裝置的具體參數(shù)(如棱鏡、石英片折射率等)，利用菲涅耳公式計(jì)算出不同層數(shù)石墨烯對應(yīng)的吸收率之差； 步驟6:最后將實(shí)驗(yàn)測得的吸收率之差與理論值進(jìn)行對比從而得到石墨烯的層數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以為化學(xué)氣相沉積方法獲得或由機(jī)械剝離法獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的透明基底的透明光譜范圍為可見波段或近紅外波段，如石英片等剛性材料，或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的移動平臺可以為一維或二維方向的移動，從而獲得石墨烯層數(shù)的形貌信息。
【文檔編號】G01N21/17GK103528961SQ201310511543
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉智波, 王鵬, 田建國 申請人:南開大學(xué)