專利名稱：原位顯微拉曼表征系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料制備和光譜分析技術領域，尤其涉及一種原位顯微拉曼表征系統。
背景技術：
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。由于其在結構、電學和光學性質方面具有獨特的特征，石墨插層化合物自1841年被發現以來就被廣泛地研究。它們被廣泛地應用于電極、導體、超導體、催化劑、電池等領域。 最近石墨烯的發現和物理研究獲得了諾貝爾物理學獎，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。但是，由于石墨烯片往往非常薄和非常小，X射線已經很難應用到石墨烯片插層化合物中。對于拉曼光譜而言，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，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系。一般合成石墨插層化合物時，需要通過控制石墨烯和三氯化鐵之間的溫度差來實現不同的插層階次，這樣制備石墨插層化合物的設備就非常復雜，典型的就是Dresselhaus在Advanced in Physics 51,I (2002)中圖五敘述的裝置。對于石墨烯片插層化合物的制備，這種裝置是不方便的，因為石墨烯的尺寸往往很小，只有幾個到幾十個微米，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備現在已經不適合于微小的石墨烯片。考慮到當石墨烯和三氯化鐵之間的溫度差為零時，可以制備一階次的插層化合物，我們就設計了小巧的合成設備和相應的制備方法，并利用這種設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，如何實現對微米量級的石墨烯片進行插層，而且在插層反應過程中不會對微小石墨烯片造成污染或破壞，并能對插層反應前后的石墨烯片進行重復定位，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，人們如何判斷所用的石墨烯片是否完全被插層為一階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。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種原位顯微拉曼表征系統，適合于對微米量級的石墨烯片進行插層，插層反應過程中不會對微小石墨烯片造成污染或破壞，并能對插層反應前后的石墨烯片進行重復定位。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，本發明的原位顯微拉曼表征系統可以用來原位監測和研究石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的純度、階次和均勻性等問題。(二)技術方案為達到上述目的，本發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，該系統包括一激光器 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內含石墨烯片，玻璃管TB內含三氯化鐵石墨烯片；一加熱臺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PYT，用來將比色皿CL內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SJT，用來將比色皿CL內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PYT置于加熱臺JRT右方。上述方案中，所述升降臺SJT置于加熱臺JRT和平移臺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方案可以看出，本發明具有以下有益效果I、利用本發明，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，不會對微小的石墨烯片造成污染或破壞，并能對插層反應前后的石墨烯片進行重復定位，從而對其成品率、階次和均勻性等進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，還可以原位再對玻璃管和比色皿加熱，進一步合成純凈的石墨烯片插層化合物。2、本發明提供的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，可應用于各種石墨烯片插層化合物的制備和相應材料的拉曼光譜測試等技術。
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的詳細說明如后，其中
圖I是本發明提供的原位顯微拉曼表征系統的結構示意圖。圖2是三氯化鐵插層2-4層石墨烯片后的顯微光學圖。圖3是利用原位顯微拉曼系統表征本發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測試不均勻石墨烯片插層化合物的兩個拉曼峰的強度像。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
本發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；將三氯化鐵放置在玻璃管內；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；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將其加熱到100攝氏度后保持I小時，待冷卻后將玻璃管用酒精燈加熱密封。請參閱圖I所示，圖I是本發明提供的原位顯微拉曼表征系統的結構示意圖，該系統包括一激光器 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內含石墨烯片，玻璃管TB內含三氯化鐵；一加熱臺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PYT，用來將比色皿CL內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JRT右方；一升降臺SJT，用來將比色皿CL內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JRT和平移臺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備，可以通過控制加熱臺的溫度來制備石墨烯片/三氯化鐵插層化合物，同時利用原位顯微拉曼表征系統來檢測樣品的合成情況。作為本發明的一個實施例，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后找到這么微小的石墨烯片，但是對于本發明的制備方法和原位顯微拉曼表征系統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表征本發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波數左右，遠高于本征石墨的1582波數，與石墨插層化合物類似，說明二層和三層石墨烯已經被插層成一階次的化合物。拉曼譜中的拉曼峰2是單峰結構,進一步證明了這一結論。
當石墨烯片插層化合物的質量不好時，本發明在1615波數和1625波數觀察到兩個拉曼峰。利用本發明的原位顯微拉曼表征系統中的兩個振鏡角度的偏轉，可以在樣品不動的情況下對石墨烯片插層化合物進行掃描成像。圖4給出了掃描成像結果，其中，圖4 (a)是1615波數峰位強度，圖4(b)是1625波數峰位強度。從圖4中可以看出，樣品的上半部分是重摻雜，下半部分是輕摻雜，很不均勻，需要進一步的合成，以形成完全的石墨烯片插層化合物。以上實施例說明本發明的制備方法和制備設備對于合成石墨烯片插層化合物十分有效和有用。同時，本發明的原位顯微拉曼表征系統對合成的石墨烯片插層化合物能進行有效表征，和方便地檢測樣品的合成。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
權利要求
1.一種石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，其特征在于，該系統包括 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內含石墨烯片，玻璃管TB內含三氯化鐵； 一加熱臺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PYT，用來將比色皿CL內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SJT，用來將比色皿CL內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.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，其特征在于，所述拉曼光譜儀RS置于激光器LS后。
3.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，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.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，其特征在于，所述加熱臺JRT置于密閉玻璃管TB和比色皿CL下方。
5.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，其特征在于，所述平移臺PYT置于加熱臺JRT右方。
6.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，其特征在于，所述升降臺SJT置于加熱臺JRT和平移臺PYT下方。
7.根據權利要求I所述的石墨烯片插層化合物的原位顯微拉曼表征系統，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
本發明公開了一種原位顯微拉曼表征系統，該系統包括內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；一升降臺；一平移臺；兩振鏡。本發明提供的原位顯微拉曼表征系統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，并能原位監測石墨烯片/三氯化鐵插層化合物的形成情況。
文檔編號G01N21/65GK102818799SQ20121024444
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者譚平恒, 趙偉杰, 韓文鵬, 歷巧巧, 姬揚 申請人:中國科學院半導體研究所