一种双层CVD多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法及系统与流程

本发明涉及石墨烯领域，特别是涉及一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法及系统。

背景技术：

石墨烯有着优异的力、热、电学等性质，被誉为“材料之王”。随着石墨烯柔性电子器件等新技术的发展，石墨烯材料被广泛应用于电子元器件中，其中研究表明，石墨烯的应变状态影响着石墨烯的电学性质及石墨烯基元器件的寿命，另外双层石墨烯在稳定性、可靠性及电学性能的调控度方面均优于单层石墨烯，那么快速对双层石墨烯材料在元器件上的应变状态进行有效的表征与研究是推动石墨烯广泛应用的核心基础。目前，由于拉曼无损、原位及特征峰包含丰富的石墨烯信息的特点，石墨烯的拉曼光谱是一种研究石墨烯性质优秀且有效的手段。但对于双层石墨烯结构而言，其拉曼光谱包含着两层石墨烯拉曼信息的总和，如何对上下两层石墨烯的拉曼信息进行解耦，对相应石墨烯层的应变状态进行表征、分析与设计，是石墨烯工程应用中的突出难题。目前一般采用光谱分峰方法来进行双层石墨烯拉曼光谱的研究，其目标是针对机械剥离单晶的石墨烯，而对于工程应用中成本和尺寸更加合适的cvd还没有有效的方法，而面向应用的研究中，有效的表征手段和方法必不可少，因此，亟需一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法及系统，能够实现对各层石墨烯应变信息的有效表征，进而对双层结构两种界面进行有效的表征、分析和后续设计。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法及系统，能够实现对各层石墨烯应变信息的有效表征。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法，包括：

制备双层化学气相沉积cvd石墨烯待测试件；

对所述双层cvd石墨烯待测试件进行拉曼光谱实验，得到多个拉曼光谱；

对所述拉曼光谱和所述双层cvd石墨烯待测试件进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息和边界信息；

根据所述峰强信息和所述边界信息，对双层cvd多晶石墨烯待测试件进行分峰。

可选的，所述制备双层化学气相沉积cvd石墨烯待测试件，具体包括：

将两片cvd石墨烯通过两次湿法转移至待测基底表面，形成双层cvd石墨烯待测试件。

可选的，所述对所述双层cvd石墨烯待测试件进行拉曼光谱实验，得到多个拉曼光谱，具体包括：

设置拉曼参数，通过对所述双层石墨烯待测试件施加位移载荷，进行拉曼测量实验，得到多个拉曼光谱。

可选的，所述对所述拉曼光谱和所述双层cvd石墨烯待测试件进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息和边界信息，具体包括：

对所述拉曼光谱进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息为上下两层石墨烯对光谱的贡献比1:1；

对所述双层cvd石墨烯待测试件进行力学分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的边界信息。

可选的，所述根据所述峰强信息和所述边界信息，对所述双层cvd多晶石墨烯待测试件进行分峰，具体包括：

根据所述峰强信息和所述边界信息，确定所述双层cvd石墨烯待测试件光谱的分峰规则；

根据所述分峰规则对所述双层cvd石墨烯待测试件进行分峰。

一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰系统，包括：

制备模块，用于制备双层化学气相沉积cvd石墨烯待测试件；

拉曼光谱实验模块，用于对所述双层cvd石墨烯待测试件进行拉曼光谱实验，得到多个拉曼光谱；

分析模块，用于对所述拉曼光谱和所述双层cvd石墨烯待测试件进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息和边界信息；

分峰模块，用于根据所述峰强信息和所述边界信息，对双层cvd多晶石墨烯待测试件进行分峰。

可选的，所述制备模块，具体包括：

制备单元，用于将两片cvd石墨烯通过两次湿法转移至待测基底表面，形成双层cvd石墨烯待测试件。

可选的，所述拉曼光谱实验模块，具体包括：

拉曼光谱实验单元，用于设置拉曼参数，通过对所述双层石墨烯待测试件施加位移载荷，进行拉曼测量实验，得到多个拉曼光谱。

可选的，所述分析模块，具体包括：

光谱分析单元，用于对所述拉曼光谱进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息为上下两层石墨烯对光谱的贡献比1:1；

力学分析单元，用于对所述双层cvd石墨烯待测试件进行力学分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的边界信息。

可选的，所述分峰模块，具体包括：

分峰规则确定单元，用于根据所述峰强信息和所述边界信息，确定所述双层cvd石墨烯待测试件光谱的分峰规则；

分峰单元，用于根据所述分峰规则对所述双层cvd石墨烯待测试件进行分峰。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法，能够对双层cvd多晶石墨烯的拉曼光谱进行分峰，得到代表上下两层石墨烯的拉曼子峰，进而分析各层石墨烯的受力状态和界面演化，为双层石墨烯/基底结构的纳米复合材料的界面力学性能研究提供可靠的方法，通过本发明能够实现对各层石墨烯应变信息的有效表征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法流程图；

图2为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯试件制作流程图；

图3为单双层石墨烯的拉曼2d峰强对比图；

图4为以中心测点为例在不同基底应变下的分峰结果图；

图5为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法及系统，能够实现对各层石墨烯应变信息的有效表征。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法流程图。如图1所示，一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰方法，包括：

步骤101：制备双层化学气相沉积cvd石墨烯待测试件；

步骤102：对所述双层cvd石墨烯待测试件进行拉曼光谱实验，得到多个拉曼光谱；

步骤103：对所述拉曼光谱和所述双层cvd石墨烯待测试件进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息和边界信息；

步骤104：根据所述峰强信息和所述边界信息，对双层cvd多晶石墨烯待测试件进行分峰。

步骤101，具体包括：

将两片cvd石墨烯通过两次湿法转移至待测基底表面，形成双层cvd石墨烯待测试件。图2为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯试件制作流程图。

步骤102，具体包括：

设置拉曼参数，通过对所述双层石墨烯待测试件施加位移载荷，进行拉曼测量实验，得到多个拉曼光谱。

步骤103，具体包括：

对所述拉曼光谱进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息为上下两层石墨烯对光谱的贡献比1:1；

对所述双层cvd石墨烯待测试件进行力学分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的边界信息。

步骤104，具体包括：

根据所述峰强信息和所述边界信息，确定所述双层cvd石墨烯待测试件光谱的分峰规则；

根据所述分峰规则对所述双层cvd石墨烯待测试件进行分峰。

由单层cvd石墨烯经两次湿法转移堆叠所得的双层多晶石墨烯，两层石墨烯相互之间晶界和晶格方向随机分布，并且由于平面屈曲等因素引起较大的层间间隙，两层之间形成不了有序的晶格结构，那么测量得到的拉曼峰给出的是上下层2个谱线信息，不包含层间影响的谱线信息。因此试件本身的特性可以认为拉曼峰的仅由代表上下层石墨烯信息的两个子峰组成。

图3为单双层石墨烯的拉曼2d峰强对比图。从图3以及实验给出的单双层石墨烯拉曼2d峰强比近似为2：1可知，上下两层石墨烯对光谱的贡献近似为1:1。

最后结合石墨烯试件受力状态的力学定性分析(边界条件，应变的定性分布)，可以对双层石墨烯进行分峰操作。以正常叠放的双层石墨烯试件为例，石墨烯的边界为自由边界，石墨烯试件在受外加载荷作用时，由于边缘效应的存在，石墨烯的应变分布不均匀，应变场包含中间部分的应变均匀区和边缘部分的应变梯度区两部分。对于应变均匀区，在小应变下，由于层间不会发生滑移，上下层石墨烯与基底应变基本相同，因此，仍可以将其2d峰按峰强比1：1分为两个峰强相当的子峰。图4为以中心测点为例在不同基底应变下的分峰结果图。对于应变梯度区，则根据其边界条件进行分峰。首先，最边缘的部分为自由端，此处应变为零，峰位为初始峰位；其次，由应变的连续性和应变梯度规律，石墨烯应变自最边缘的零逐步增大至应变均匀区的应变的值。

步骤104中，基于峰强信息和力学分析，确定了相应的分峰规则，使用分峰软件在限定子峰峰强比例范围，以及峰位的变化趋势应满足上述的力学分析下，那么可以使原本拟合结果不具备唯一性的分峰，得到唯一的且符合逻辑的两个子峰，完成对石墨烯2d峰的分峰，分出的两个子峰分别代表双层石墨烯中对应的上下两层石墨烯的拉曼信息。之后根据石墨烯拉曼光谱的性质表征，通过分析可以得到各层石墨烯的应变状态及界面演化。

本发明能够对双层cvd多晶石墨烯的拉曼光谱进行分峰，得到代表上下两层石墨烯的拉曼子峰，进而分析各层石墨烯的受力状态和界面演化，为双层石墨烯/基底结构的纳米复合材料的界面力学性能研究提供可靠的方法。通过本发明能够实现对各层石墨烯应变信息的有效表征。

图5为本发明实施例双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰系统结构图。如图5所示，一种双层cvd多晶石墨烯拉曼光谱分峰系统，包括：

制备模块201，用于制备双层化学气相沉积cvd石墨烯待测试件；

拉曼光谱实验模块202，用于对所述双层cvd石墨烯待测试件进行拉曼光谱实验，得到多个拉曼光谱；

分析模块203，用于对所述拉曼光谱和所述双层cvd石墨烯待测试件进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息和边界信息；

分峰模块204，用于根据所述峰强信息和所述边界信息，对双层cvd多晶石墨烯待测试件进行分峰。

所述制备模块201，具体包括：

制备单元，用于将两片cvd石墨烯通过两次湿法转移至待测基底表面，形成双层cvd石墨烯待测试件。

所述拉曼光谱实验模块202，具体包括：

拉曼光谱实验单元，用于设置拉曼参数，通过对所述双层石墨烯待测试件施加位移载荷，进行拉曼测量实验，得到多个拉曼光谱。

所述分析模块203，具体包括：

光谱分析单元，用于对所述拉曼光谱进行分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的峰强信息为上下两层石墨烯对光谱的贡献比1:1；

力学分析单元，用于对所述双层cvd石墨烯待测试件进行力学分析，得到所述双层cvd石墨烯待测试件的边界信息。

所述分峰模块204，具体包括：

分峰规则确定单元，用于根据所述峰强信息和所述边界信息，确定所述双层cvd石墨烯待测试件光谱的分峰规则；

分峰单元，用于根据所述分峰规则对所述双层cvd石墨烯待测试件进行分峰。

具体实施例1：

双层cvd多晶石墨烯的分峰方法分为以下三个步骤：

(1)双层cvd石墨烯试件的制作

此实施例中所用的石墨烯试件为气相沉积法制备的单层石墨烯，待测基底为聚对苯二甲酸类塑料(简称pet)。第一片石墨烯通过湿法转移到pet基底上，两者在界面间依靠范德华力相互黏着吸附，然后第二片石墨烯使用相同的方法转移到第一片石墨烯上。

(2)石墨烯拉曼光谱实验

将双层石墨烯试件两端分别通过夹具固定连接于拉伸装置。拉曼光谱实验中，通过对夹具施加反向的位移载荷，从而使试件受到原位的拉伸/压缩，此时合理地设定石墨烯的拉曼测量参数，使用633nm的he-ne激光，功率0.85mw，50倍镜头，曝光时间2s进行点扫，之后通过拉伸装置对试件进行原位加载，继续进行拉曼测量，得到不同加载状态下的双层石墨烯的原位拉曼光谱。

(3)光谱分峰方法

从单双层石墨烯的拉曼2d峰强对比图中可知，双层石墨烯的峰强明显高于单层石墨烯，其峰强比近似为2：1。对于分次转移堆叠得到的双层石墨烯而言，由于忽略了层间作用，双层石墨烯的拉曼光谱是下层石墨烯与上层石墨烯拉曼峰的叠加。由实验给出的单、双层石墨烯的拉曼峰强比可知，上下两层石墨烯对光谱的贡献近似为1:1。因此，未受外界载荷作用下的双层的石墨烯的2d峰可分为峰强相等的两个子峰，分别代表上层及下层的石墨烯。石墨烯试件在受外加载荷作用时，由于边缘效应的存在，石墨烯的应变分布不均匀，应变场包含中间部分的应变均匀区和边缘部分的应变梯度区两部分。对于应变均匀区，在小应变下，由于层间不会发生滑移，上下层石墨烯与基底应变基本相同，因此，仍可以将其2d峰按峰强比1：1分为两个峰强相当的子峰。对于应变梯度区，根据其边界条件进行分峰，首先，最边缘的部分为自由端，此处应变为零，峰位为初始峰位；其次，由应变的连续性和应变梯度规律，石墨烯应变自最边缘的零逐步增大至应变均匀区的应变的值。基于峰强信息和力学分析，完成对石墨烯2d峰的分峰，分出的两个子峰分别代表双层石墨烯中对应的上下两层石墨烯的拉曼信息。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。