شرح کاربرد
گرافن یک شبکه دو بعدی لانه زنبوری از اتم های کربن با پیوندهای SP۲ است که به دلیل خواص جالب و پتانسیل متمایز آن در کاربردهای نانوالکترونیک توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. طبیعت دو بعدی آن منجر به رابطه ی پراکندگی خطی در نقاط K منطقه Brilluion شده که به عنوان یک مخروط “دیراک” شناخته میشود و این پراکندگی خطی نشان میدهد که حامل های بار در گرافن توده ساکنی ندارند و لذا منجر به خواص الکترونیکی جالبی از جمله تحرک بالا در دمای اتاق می شوند. گزارش های بسیاری بر روی هدایت الکتریکی بسیار بالای گرافن در دمای اتاق، استفاده از آن به عنوان ترانزیستورهای نسل جدید، نانوسنسورها، الکترودهای شفاف و بسیاری از کاربردهای دیگر ارائه شده است.
برای شناسایی گرافن و مواد مرتبط با آن طیف سنجی رامان (و تصویربرداری رامان) تبدیل به یک روش قدرتمند و غیرمخرب شده است. اطلاعات زیادی از جمله اختلال، مرزهای لبه و دانه، ضخامت، دوپینگ، کشش و هدایت حرارتی گرافن میتواند از طیف رامان و رفتار آن تحت شرایط فیزیکی مختلف مشخص شود. طیفسنجی رامان از یک لیزر تک طول موج برای تعامل با حالت های ارتعاشی مولکولی و فونونها در یک نمونه استفاده میکند و از طریق پراکندگی غیرالاستیک انرژی لیزر را کاهش (استوکس) یا افزایش (آنتی استوکس) میدهد.
طیف سنجی رامان گرافن
تغییر انرژی فونون استوکس ناشی از تحریک لیزر دو پیک اصلی در طیف رامان گرافن ایجاد می کند: یک پیک G در cm-۱ ۱۵۸۰ که یک حالت ارتعاشی درون صفحه ای اصلی است و یک پیک ۲D در cm-۱ ۲۶۹۰ که اورتون مرتبه دوم از یک ارتعاش درون صفحهای متفاوت از پیک D (cm-۱ ۱۳۵۰) است. مکان پیک های D و ۲D بسته به انرژی تهییج لیزر متغیر است. موقعیت های ذکر شده با استفاده از لیزر ۵۳۲ نانومتر حاصل شده اند.
هنگامی که تعداد لایه های گرافن افزایش مییابد، به دلیل نیروهای افزوده شده ناشی از برهمکنش های بین لایه های گرافن انباشته شده به صورت AB، طیف حاصل نسبت به گرافن تک لایه تغییر خواهد کرد. به عنوان مثال تفکیک پیک D2 به تعداد زیادی از حالت ها که ترکیب می شوند و یک پیک پهن تر، کوتاهتر و در فرکانس بالاتر ایجاد میکنند. با افزایش تعداد لایه ها پیک G نیز یک شیفت قرمز کوچکتر را تجربه میکند. بنابراین، تعداد لایه ها برای گرافن انباشته شده میتواند از نسبت شدت پیک ها I۲D/IG و همچنین موقعیت و شکل پیک ها حاصل شود. با این حال، گرافن چند لایه بی نظم هنوز هم صرف نظر از ضخامت می تواند یک پیک شدید D2 تکی داشته باشد، اگرچه موقعیت آن و FWHM میتواند به تعداد لایه ها وابسته باشد. مقایسه ی طیف های رامان گرافن تک لایه و گرافیت بالک (انباشته شده به صورت A-B) در شکل ۲ مشاهده می شود.
شکل ۲: (a) طیف های رامان نوعی برای یک نمونه گرافن تک لایه و گرافیت بالک با استفاده از یک لیزر تهییج ۵۳۲ نانومتر. گرافن می تواند توسط مکان و شکل پیک های G در cm-1 1580 و D2 در cm-1 2690 شناسایی شود. (b) طرح گرافیکی نمونه هایی از فرآیندهای پراکندگی فونون که مسئول پیک های رامان مهم گرافن است. پیک های D و D´ در گرافن دارای نقص ظاهر می شوند.
در گرافن بدون نقص به دلیل تقارن های کریستالی پیک D مرتبه اول قابل مشاهده نیست. برای ایجاد پیک D، یک حامل بار باید تهییج شود و به صورت غیر الاستیک توسط یک فونون پراکنده شود. سپس باید یک پراکندگی الاستیک ثانویه توسط یک نقص یا مرز منطقه اتفاق بیفتد تا منجر به بازترکیبی شود. اورتون مرتبه دوم، D2، همیشه مجاز است زیرا پراکندگی ثانویه (روی الکترون-حفره پراکنده شده اولیه و یا الکترون- حفره مکمل آن) در فرایند یک پراکندگی غیر الاستیک از یک فونون ثانویه است.
با افزایش میزان اختلال در گرافن، شدت رامان برای سه پیک اختلال مجزا افزایش مییابد: پیک D درcm-۱ ۱۳۵۰ که از K به K’ پراکنده میشود، پیک D’ درcm-۱ ۱۶۲۰ که از K به K پراکنده می شود و پیک D+G در cm-۱ ۲۹۴۰ که یک پیک پراکندگی ترکیبی است. این پیک ها در شکل a2 مشاهده می شود و تصویری از مکانیزم پراکندگی الکترون-فونون برای تمام پیک های اصلی در شکل b1 مشاهده می شود.
شکل ۳. (a) طیف رامان گرافن تابش شده با پرتو الکترونی، پیک های اختلال D،D´ و D+G قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. غلظت بی نظمی را می توان از نسبت شدت های ID/IG استخراج کرد. برای این طیف ID/IG حدود ۳ است. (b) نسبت ID/IG مستقیماً با متوسط فاصله بین نقص ها (LD) اندازه گیری شده توسط STM مرتبط است و روند خوبی را نشان می دهد.
با استفاده از نسبت شدت پیک های ID/IG، میتوان از طیف های رامان برای تشخیص میزان اختلال در گرافن استفاده کرد. هنگامی که بینظمی در گرافن افزایش می یابد، ID/IGدو رفتار متفاوت نشان میدهد(شکل b2). یک حالت دانسیته نقص “پایین” وجود دارد که وقتی در این حالت دانسیته نقص بالاتر میرود، پراکندگی الاستیک بیشتری را ایجاد میکند و مقدار ID/IG افزایش می یابد. این پدیده رخ میدهد تا به یک حالت دانسیته نقص”بالا” میرسد که از این نقطه به بعد با افزایش دانسیته نقص ID/IG شروع به کاهش میکند و منجر به یک ساختار کربنی آمورفتر و تضعیف تمام پیک های رامان میشود. این دو حالت به ترتیب فازهای “گرافیت نانوکریستال” و “کربن آمورف sp۲” نامیده می شوند.
این دو حالت مجزا ناشی از دو منطقه تاثیر مجزا در اطراف سایت های نقص خاص هستند: یک منطقه درون یک شعاع، rs، که دارای اختلال ساختاری است و به طور ضعیفی پیک D را افزایش میدهد و یک منطقه درون یک شعاع بزرگتر، ra، که هنوز به اندازه کافی نزدیک به سایت نقص هست تا فعال شود که پیک D را به شدت افزایش میدهد. زمانی که میانگین فاصله بین نقصها LD>2ra است، گرافن در دسته گرافیت نانوکریستال در نظر گرفته می شود. معادله زیر ارتباط LD با نسبت شدت های پیک رامان ID/IG را نشان می دهد و برای توصیف افزایش پیک D در هر دو دسته استفاده میشود:
در اینجا Ca و Cs پارامترهایی هستند که قدرت تاثیری که منطقه مربوطه روی شدت پیک D دارد را نشان میدهند. ممکن است که Ca و Csوابسته به نوع نقص ایجاد شده باشند، که آیا یک اتم دوپانت است یا یک ناهنجاری ساختاری. توجه داشته باشید که معادله ۱ ممکن است برای برخی از انواع نقص که منجر به درهم شکستن شبکه گرافن میشوند و LD بسیار کوچک میشود رعایت نشود (و پیک D رامان قابل تشخیص تری ایجاد نکند).
همچنین پیشنهاد شده است که رابطه بین ID/IG و LD را می توان توسط دو فرمول تجربی برای دو دسته مجزا تقریب زد. در حالت دانسیته نقص پایین:
که λ طول موج تحریک رامان است و برای nm514 λ= مقدارnm۲ 102C(λ)= است. این معادله با رابطهی Tuinstra-Koenig متفاوت است.
که λ۴. ( nm-۳۱۰-۱۰ × ۲.۴)C´(λ) = . معادله ۳ برای نقصهای لبهای به جای نقصهای نقطهای اعتبار دارد.
در حالت دانسیته نقص بالا، ID/IG در مقابل LD در نزدیکی شکست کامل شبکه کربن به صورت معادلهای تعبیه شده است.
که ثابت D(λ) از پیوستگی مداوم بین دو حالت به دست آمده است.
مواد مبتنی بر گرافن
گرافن می تواند با استفاده از روش های مختلفی ساخته شود. در آزمایش های تجربی دو روش اصلی استفاده می شود: لایه برداری و رسوب دهی بخار شیمیایی (CVD). یک روش رایج برای لایه برداری گرافن، روش نوار اسکاچ است که در آن با استفاده از نوار چسب ورقه های نازکی از گرافیت از یک نمونه گرافیت بالک جدا می شود، سپس با چسباندن نوار به نوار متوالی بیشتر نازک میشود. در نهایت گرافن نیمه شفاف می شود که بر روی نوار به صورت بلورهای کوچکتر پراکنده شده و برخی از آنها تک لایه هستند و در این مرحله بر روی بستر SiO۲/Siمنتقل میشود. این روند لایه برداری قابل اجرا است زیرا لایه های کربنی گرافیت اتصال ضعیفی دارند و نیروی وان در والسی بین آنها به اندازه نیروی بین گرافیت/گرافن و SiO۲ قوی نیست. هنگامی که قطعات گرافیتی روی نوار به بستر منتقل میشوند، احتمال دارد هنگام جداشدن نوار پیوندهای بین لایه ای شکسته و مقداری از گرافیت/گرافن بر روی بستر باقی بماند. اخیراً، گرافن تک لایه لایه برداری شده در طیف های رامان پیکهای G و ۲D برجستهای را نشان میدهند.
گرافن سنتز شده به روش CVDتوسط رسوب دهی یا جداسازی کربن تجزیه شده از گازهای پیش ماده حاوی هیدروکربن هایی مانند CH۴ بر روی فویل های کاتالیست فلزی (معمولاً نیکل یا مس) در دماهای بالا و سپس مرحله خنک شدن ساخته می شود. فیلم های اولیه ای که با این تکنیک روی نیکل رشد میکنند، فیلم های گرافن کمی نامنظم با ضخامت غیریکنواخت هستند که طیف سنجی رامان آن را مشخص میکند. شکل a3 طیف های رامان از نقاط مختلف یک فیلم گرافن CVD روی نیکل را نشان میدهد. به علت تفاوت ضخامت لایه (اندازه، شکل و موقعیت پیک D2) و تفاوت نقص ها (اندازه پیک D) هر طیف متفاوت است. در حال حاضر، مس به عنوان یک فلز برتر برای رشد فیلم های گرافن CVDشناخته شده است. شکل b3 طیف های رامان از نقاط مختلف یک فیلم رشد یافته روی مس را نشان میدهد. طیف ها یکنواخت تر هستند و یک فیلم تک لایه با اختلال کم را نشان میدهند.
شکل ۴. (a) طیف رامان از ۴ نقطه روی یک فیلم گرافن رشدیافته روی بستر نیکل (b) طیف رامان از ۳ نقطه روی یک فیلم گرافن رشدیافته روی بستر مس (طولموج تهییج nm532)
یکی دیگر از روش های ایجاد مواد گرافن مانند از طریق لایه برداری و کاهش گرافن اکسید است. گرافن اکسید از طریق یک واکنش شیمیایی تولید اکسیژن در لایه های یک کریستال گرافیت تولید میشود. این اکسید گرافن از طریق امواج اولتراسوند به صورت درجا لایه برداری میشود و سپس با هیدرازین هیدرات کاهش می یابد و ماده ای با برخی خواص الکتریکی تقریبی گرافن تولید میکند. طیف های رامان مواد پیک های D و Gقوی را نشان میدهد(شکل ۶) که اندازه های کریستالی بسیار کوچک را پیشنهاد میدهد.
مواد کامپوزیت گرافیتی نیز میتوانند با افزودن پلیمرها به گرافن اکسید کاهش یافته در محلول ساخته شوند. این مواد برخی از خواص الکتریکی گرافن را حفظ میکنند درحالی که خواص فیزیکی یک پلیمر را نیز دارند.
شکل ۴. طیفهای رامان گرافیت (بالا)، گرافن اکسید (وسط) و گرافن اکسید کاهش یافته (پایین)
شناسایی خواص گرافن از طریق طیف سنجی رامان
علاوه بر تشخیص اختلال و LD، طیفسنجی رامان همچنین میتواند برای توصیف بسیاری از خواص دیگر گرافن از جمله لبه ها و مرزدانه های کریستال های گرافن استفاده شود. با توجه به ساختار شش ضلعی شبکه ی گرافن، لبه های کریستال منظم میتوانند دو ساختار اصلی داشته باشند: فرم زیگزاگی و فرم صندلی (شکل ۵). با این حال، تنها لبه های فرم صندلی، قادر به پراکندگی حامل های بار به صورت الاستیک هستند که باعث افزایش پیک D میشود.
شکل ۵. نمایش رابطه بین زاویه های گوشه و ساختار لبه های مجاور گرافن
یک پیک D قوی نزدیک لبه های صندلی با استفاده از یک لیزر تهییج قطبیده شده در جهت موازی با خط لبه ظاهر میشود. این اثر برای لبه های زیگزاگ به طور قابل توجهی کوچکتر است. در نمونه های واقعی هنوز هم مقدار کمی از شدت D به دلیل غیر یکنواختی و زبری در ساختار لبه دیده میشود. در نظریه هایی که ارائه شده و توسط آزمایش ها تایید شده، فقط حالت فونون نوری طولی نزدیک لبه صندلی فعال است و حالت فونون نوری عرضی در نزدیکی لبه زیگزاگی فعال است. هنگامی که قطبش لیزر تهییج موازی با لبه صندلی و عمود بر لبه زیگزاگی است، شدت پیک G افزایش مییابد.
مشخصه یابی لبه ها نه تنها در تمایز بین زیگزاگی و صندلی بلکه در شناسایی مرز دانه های کریستالهای گرافن CVD نیز مفید است. جایی که دانه ها از دو نقطه جداگانه دانه با هم رشد میکنند، مرزی تشکیل میشود که از طریق افزایش پیک D قابل شناسایی است و بینشی از فرآیند رشد کریستال فراهم میکند. مرکز هسته گذاری این کریستال ها نیز توسط یک پیک D بلندتر شناسایی میشود.
دوپینگ در گرافن، که سطح فرمی را از نقطه دیراک دور میکند، احتمال بازترکیبی حامل بار برانگیخته را کاهش میدهد. این امر موجب انحرافات فوتونی به سمت غیرآدیاباتیک بودن، حذف ناهنجاری کوهن، افزایش انرژی فونون برای پیک G و افزایش فرکانس آن میشود. این بازترکیبی کاهش یافته همچنین پیک G را شارپ تر می کند و FWHM آن را کاهش میدهد. داس و همکارانش نیز فرضیه ای را ارائه دادند که افزایش غلظت الکترون (کاهش غلظت حفره) شبکه کریستالی را گسترش میدهد، انرژی فونون های رامان را کاهش میدهد و با افزایش غلظت الکترون منجر به کاهش مکان پیک D2 میشود و در اثر دوپینگ یک عدم تقارن مکان در پیک G ایجاد میشود. دوپینگ گرافن همچنین شدت پیک D2 را کاهش میدهد.
علاوه بر دوپینگ، این انبساط و انقباض شبکه کریستالی میتواند از طریق فشار فیزیکی روی گرافن حاصل شود، که اغلب ناشی از عدم سازگاری شبکه با بستر زیرین است. همانند اثرات دوپینگ، کشش شبکه انرژی های فونون را کاهش میدهد و منجر به شیفت قرمز طیف رامان میشود. اگر این کشش و همانطور خم شدن یکنواخت باشد، پیک G را به دو پیک مجزا مربوط به تفکیک حالت ارتعاشی به یک حالت در امتداد محور موازی با انحنا و یک حالت عمود بر آن تقسیم میکند.
این اثرات متنوع ابزارهای زیادی را برای مشخص کردن غلظت الکترون و کشش شبکه در یک نمونه گرافن فراهم میکنند. تغییرات دما نیز باعث تغییر در مکان پیک ها در طیف رامان میشود. با افزایش درجه حرارت، یک شیفت قرمز خطی در پیک های D2 و G ایجاد میشود. به دلیل جفت شدگی غیر هارمونیک فونون ها افزایش یافته و انبساط حرارتی در شبکه افزایش مییابد، بنابراین طیف سنجی رامان میتواند برای استنتاج دمای گرافن استفاده شود. توانایی استفاده از رامان به عنوان یک دماسنج، امکان استفاده از آن را برای اندازه گیری مقادیری مانند هدایت حرارتی در یک روش غیرمخرب فراهم میکند.
بررسی اختلالات گرافنی از طریق طیفسنجی رامان
در این قسمت اختلال ایجادشده در گرافن ناشی از تابش پرتو الکترونی و تابش پلاسمای اکسیژنی بررسی میشود. به علت رواج پرتوهای الکترونی در تصویربرداری های گرافن مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری و ساخت دستگاه های گرافن با استفاده از لیتوگرافی پرتو الکترونی، اثر تابش پرتو الکترونی بر روی گرافن و دستگاه های گرافنی از اهمیت خاصی برخوردار است. در مطالعات بسیاری از الکترون های پرانرژی برای مطالعه اختلال در گرافن استفاده شده است. اچ پلاسما نیز یک ابزار رایج استفاده شده برای طراحی نانوساختارهای گرافنی، مانند نانو ریبون ها است. علاوه بر این، اچ پلاسما برای مطالعه اینکه چگونه خواص گرافن تحت تاثیر اختلال القا شده توسط اچینگ قرار میگیرد استفاده میشود.
ابتدا برای بررسی اثر تابش پرتو الکترونی، یک نمونه گرافن در میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار میگیرد و سپس یک مساحت ۲۵ میکرومتر در ۲۵ میکرومتر آن توسط پرتو الکترونی به طور مداوم اسکن میشود. انرژی سینتیک پرتو ۳۰ کیلوالکترون ولت است و جریان پرتو ۱۳۳/۰ نانوآمپر است. زمان قرار گرفتن در معرض پرتو الکترونی (Te)، مقدار تابش دریافت شده (De) را تعیین می کند(به عنوان مثال Te=60s مقدار De=۱۰۰ e–/nm۲میدهد). تصویربرداری SEM معمولاً نمونه ها را حداقل در معرض e–/nm۲ ۱۰۰ قرار می دهد. پس از برخورد، دستگاه گرافن از میکروسکوپ الکترونی روبشی خارج شده و اندازه گیری شرایط اتاق با یک لیزر تهییج ۵۳۲ نانومتری به سرعت انجام میشود. قبل از قرار گرفتن در معرض پرتو، طیف رامان گرافن تک لایه طبیعی با یک پیک G در حدود cm-۱ ۱۵۸۰ و یک پیک D2 در حدود cm-۱ ۲۶۹۰ با نسبت شدتهای پیک D2 و G که I۲D/IG برابر ۳.۴ است را نشان میدهد.
شکل ۷ نشان میدهد که چگونه طیف های رامان با افزایش تابش پرتو الکترونی تغییر میکنند. طیف های نمایش داده شده در شکل ۷a نشاندهنده افزایش پیک D و همچنین ظهور پیکهای D´ و D+G هستند. اما زمانی که در معرض پرتو خیلی زیادی قرار میگیرند، این پیک ها کاهش مییابند. این روند در شکل ۷b واضح تر مشاهده میشود که تغییرات نسبت شدتهای پیک ID/IG و I۲D/IG را به عنوان تابعی از Deنشان میدهد. برای نسبت ID/IG ، در حالت اختلال پایین (De <800 e–/nm۲) افزایش و در حالت اختلال بالا (De>800e–/nm۲) کاهش نشان میدهد. قبل از قرار گرفتن در معرض پرتو، ID/IG از حدود صفر شروع میشود و با افزایش De در حالت دانسیته نقص پایین پس از e–/nm۲ ۸۰۰ تا حدود ۳ افزایش مییابد و سپس در حالت دانسیته نقص بالا با افزایش بیشتر De تا e–/nm۲ ۴۰۰۰=De مقدار ID/IG تا حدود ۱ کاهش مییابد.
شکل ۷. (a) طیفهای رامان حاصل از تابش پرتو الکترونی بر روی گرافن (طولموج تهییج nm532) و (b) نسبت شدت پیکهای رامان نسبت به الکترونهای پرانرژی تابیده شده
اگر فرض شود که مقدار پرتو الکترونی کلی در هر واحد سطح متناسب با غلظت نقص،۱/LD۲ ، باشد بنابراین LD ∝ ۱/ √De است. ID/IG بر حسب A/√De را میتوان رسم کرد که ۵۷=A یک ثابت تناسب انتخاب شده است به طوریکه پیک منحنی ID/IG در A/√De = ۲ nm ظاهر میشود. بر اساس معادله ۱ برای محاسبهnm 8/1= ra ، nm 1= rs ، ۵ = ca و ۸/۰= cs که در شکل ۸ دیده میشوند میتوان خط مناسبی را اضافه کرد. مقادیر مشابهی برای مطالعه یون آرگون توسط Lucchese et al ارائه شده است.
شکل ۸. ID/IG گرافن تابش شده با پرتو الکترونی در مقابل A/√De
همچنین طیف های رامان گرافن که در معرض مقادیر مختلفی از پلاسمای اکسیژنی قرار گرفته اند بررسی شد. نمونه های گرافن در یک سیستم پلاسمای مایکروویو در معرض پالسهای کوتاهی (~ ½ ثانیه) از پلاسمای اکسیژنی در W 100 قرار گرفتند. یک جریان ثابت اکسیژن از طریق فضای نمونه پمپ شده و گاز توسط مایکروویوها تهییج شد (به طور دستی پالسها قطع و وصل میشدند). مایکروویو پلاسما اکسیژن یونیزه تولید میکند که دارای اثر اچینگ بر گرافن است و در نتیجه نقص هایی در گرافن ایجاد میکند. اندازه گیری های رامان پس از هر پالس در شرایط اتاق انجام شد.
شکل ۹، طیف رامان را به عنوان تابعی از تعداد پالسهای اچ پلاسما (Np) نشان میدهد. وابستگی ID/IG به Npدر حالتهای نقص بالا و پایین دو رفتار متفاوت را نشان میدهد که بسیار شبیه به قرار گرفتن در معرض پرتو الکترونی است. قبل از قرار گرفتن در معرض پلاسما ID/IG از حدود صفر شروع میشود. با افزایش Npو پس از مواجهه با ۱۴ پالس پلاسما، ID/IGبه حدود ۴ افزایش مییابد. سپس با افزایش بیشتر Np تا ۲۵ در حالت دانسیته نقص بالا به حدود ۱.۹ کاهش مییابد. از سوی دیگر، نسبت شدت های پیکهای D2 و G، I۲D/IG، به طور پیوسته با افزایش Np از صفر تا ۲۵ از حدود ۳ به حدود ۰.۳کاهش مییابد.
شکل۹. (a)طیفهای رامان نمونه گرافن تک لایه پس از تعداد مختلفی از پالسهای پلاسمای اکسیژنی، Np. (طول موج تهییج nm532). بخش الحاق log(ID/IG) در برابر log(Np) را نشان میدهد. (b) نسبت شدت پیکهای رامان ID/IG و I۲D/IG در برابر Np. (c) FWHM پیکهای D2، G و D به عنوان تابعی از Np.
با اینکه مشخص شده که دادههای اچ پلاسما با معادله ۱ به خوبی همخوانی ندارند اما هنوز در معادله ۲ و ۴ صدق میکنند. اگر فرض شود زمان کل قرار گرفتن در معرض پرتو با غلظت نقص ۱/LD۲ متناسب باشدبنابراین LD ∝ ۱/√Np است. در شکل b8 دادهها در حالت دانسیته نقص پایین متناسب هستند با:
و آنهایی که در حالت دانسیته نقص بالا هستند متناسب هستند با:
که معادله ۵ مرتبط با معادله ۲ و معادله ۶ مرتبط با معادله ۴ است.
الحاق شکل a8، log(ID/IG) در مقابل log(Np) را نشان میدهد. در حالت دانسیته نقص پایین خط داده ها یک شیب حدود ۱.۱ نشان میدهد که رابطه خطی تقریبی بین ID/IG و Np در این حالت را تایید میکند و به خوبی با معادله ۲ همخوانی دارد. در حالت دانسیته نقص بالا خط داده ها شیب حدود ۱.۲- نشان میدهد که با معادله ۴ یا ۶ مطابقت دارد.
کاهش تدریجی پیک D2 نیز با گزارش قبلی همخوانی دارد. کاهش I۲D/IG در برابر Np عمدتاً به دلیل سرکوب ناشی از نقص حالت ارتعاش شبکه ی مربوط به پیک D2 است. شکل c8 مقادیر FWHM پیکهای D2، G و D را به عنوان تابعی از Np نشان میدهد. با افزایش Np و در مواجهه بیشتر با پرتو، پیکها پهن میشوند. نقصها در شبکه کریستال، طول عمر فونون را کاهش میدهد، که به نوبه خود پیکهای رامان را پهن میکند.
نتیجه گیری
استفاده از طیف سنجی رامان برای توصیف مواد گرافنی به طور فزاینده ای گسترش یافته است. حساسیت موقعیت ها، عرض ها و شدت پیک های D،G و D2 امکان شناسایی ویژگی های مختلف گرافن را فراهم میکند. اثر حالتهای لبه، کشش، دوپینگ، دما، ضخامت و نقص در طیف رامان گرافن و دیگر مواد گرافیتی با توجه به شرایط مناسب قابل تشخیص است که طیف سنجی رامان را به یک ابزار قدرتمند و غیرمخرب برای تشخیص گرافن تبدیل کرده است.