拉曼光谱在石墨烯聚合物纳米复合材料中的应用
分类:科研在线 发布时间:2020-07-16 13:51:23
拉曼光谱不仅能够用于确定石墨烯的物理性质、缺陷程度及层数等,也逐渐发展成为研究石墨烯聚合物复合材料重要的分析表征工具。

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拉曼光谱不仅能够用于确定石墨烯的物理性质、缺陷程度及层数等,也逐渐发展成为研究石墨烯聚合物复合材料重要的分析表征工具。石墨烯拉曼特征峰可用于对复合材料中石墨烯进行二维及三维的拉曼成像,从而获得石墨烯的分散状态。


  图1(a)给出了三维的金刚石和石墨、二维的石墨烯、一维的碳纳米管以及零维的富勒烯等碳材料的特征拉曼光谱对比图。对于各种石墨烯材料来说,尽管结构各异,但都表现出一些相似的特征,如图1(b)所示。这些特征峰的位置、形状和强度为石墨烯材料的结构和电子性质提供了丰富的信息。比如,通过拉曼光谱的2D峰可清晰地辨别出单层石墨烯、少层石墨烯和石墨。而且,拉曼光谱中的D峰也可用于表征石墨烯中的缺陷程度,适用于无序石墨烯、氧化石墨烯或纳米石墨烯。另一方面,石墨烯材料的拉曼特征不仅与声子性质有关,而且受相对应的电子性质所影响。此外,拉曼光谱也能够确定外部扰动条件对电子和晶格振动的影响,比如缺陷、掺杂、应力、磁场和温度。根据单层和多层石墨烯的拉曼光谱结果,可将拉曼光谱技术广泛地用于石墨烯材料、石墨烯复合材料及石墨烯器件等的性能研究。


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  本文主要评述了拉曼光谱技术在多种石墨烯纳米复合材料中的主要应用和最新进展,介绍了利用拉曼光谱技术对纳米复合材料中石墨烯的分散状态进行二维及三维拉曼成像,详细分析了拉曼光谱研究石墨烯聚合物复合材料力学性能的现状,并探讨了混杂复合材料中石墨烯的分散性和力学性能研究,以及石墨烯聚合物复合材料的拉曼光谱表征技术存在的问题。


  拉曼光谱仪不仅可以用来确定石墨烯的物理性质、缺陷程度及层数等,也被广泛地应用于石墨烯聚合物的复合材料体系。本文综述了拉曼光谱技术在石墨烯聚合物复合材料中的应用研究,并介绍了拉曼光谱在石墨烯复合材料方面的最新研究进展。利用拉曼光谱技术不仅能够对复合材料制备过程中形成的石墨烯缺陷进行研究,还可利用拉曼特征峰对石墨烯的分散状态进行二维及三维拉曼成像。


  基于石墨烯拉曼光谱特征峰的位移能够灵敏地反映石墨烯的轴向形变,通过拉曼光谱就能够定量评估复合材料中石墨烯与聚合物基体之间的相互作用。通过拉曼光谱对石墨烯复合材料的应力分析,能够分析其微观形变机制,研究石墨烯与基体之间的应力转移效率,确定石墨烯的空间取向,以及推算出复合材料中石墨烯的有效 杨氏模量。此外,拉曼光谱还可用于混杂复合材料中石墨烯的分散性和力学性能研究。总之,拉曼光谱技术是一种研究石墨烯聚合物复合材料微观力学性能的重要方法。


  目前,石墨烯聚合物复合材料的拉曼光谱研究仍存在一定的问题,比如研究对象多为模型化复合材料,而体相复合材料的研究数量有限,聚合物基体的荧光效应限制拉曼光谱在复合材料中的应用等。因此,可以适当提高激发光的功率,让样品产生一些非线性效应,如反转拉曼效应、反斯托克斯散射增强效应等,以大幅增大拉曼光强度,使拉曼信号检测更加便捷。针对这些问题,仍需科研工作者进一步地研究与分析,继续开发拉曼光谱技术,充分发挥其潜力。

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