ICS 59. 100. 20 Q 50 团 体 标 准 T/CSTM 00166.1- 2020 石墨烯材料表征 第1部分 拉曼光谱 法 Characterization for graphene material s Part 1 Raman spectroscopy 2020-03-23 发布 2020-06-23 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00166.1-2020 I 目 次 前言 ………………………………………………………………………………………………………Ⅱ 引言 ………………………………………………………………………………………………………Ⅲ 1 范围 …………………………………………………………………………………………………… 1 2 规范性引用文件 ……………………………………………………………………………………… 1 3 术语和定义 …………………………………………………………………………………………… 1 4 方法原理 ……………………………………………………………………………………………… 1 5 仪器 …………………………………………………………………………………………………… 2 6 实验条件 ……………………………………………………………………………………………… 2 7 样品制备 ……………………………………………………………………………………………… 2 8 测试参数 的选 择 ……………………………………………………… ……………………………… 2 9 图谱及数据处理 ……………………………………………………………………………………… 3 10 不确定度 评定………………………………………………………………………………………… 3 11 报告 ………………………………………………………………………………………………… 5 附录A（规范性附录） 石墨烯薄膜转移方法 …………………………………………………………… 6 附录B（资料性附录） 拉曼光谱校准用有证标准物质 ………………………………………………… 7 附录C（资料性附录） 石墨烯材料的拉曼谱图 ………………………………………………………… 9 附录D（资料性附录）测试 报告格式示例 …………………………………………………………… 11 附录E（资料性附录）标准 起草单位和主要起草人 ………………………………………………… 12 参考文献 ………………………………………………………………………………………………… 13 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00166.1-2020 II 前 言 T/CSTM 00166 -2019《石墨烯材料表征》分为三个部分： —第1部分： 拉曼光谱法； —第2部分： X 射线衍射法； —第3部分： 透射电子显微镜法； 本部分是 T/CSTM 00166 的第1部分。 本部分按照 GB/T1.1-2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》和 T/CSTM 00002 -2019 《测试方法标准编制通则》给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会（ CSTM/FC00 ）提出。 本标准由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会（ CSTM/FC00 ）归口。 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00166.1-2020 III 引 言 石墨烯具有高导电性、高韧度、高强度、超大比表面积等特点，在电子、航空航天、新能源、新材 料等领域具有广阔的应用前景。 拉曼光谱是基于拉曼效应的非弹性光散射分析技术，是由激发光的光子 与材料的晶格振动相互作用所产生的非弹性散射光谱，可用来对材料进行指纹分析。拉曼散射的强度远 小于瑞利散射的强度，但当激发光能量与材料的带间跃迁能量相等或靠近时，发生共振拉曼散射，拉曼 散射强度被显著增加。共振拉曼光谱作为一种灵活、无损和高灵敏度的光谱表征方法，被广泛应用于样 品结构和成分的表征。 拉曼光谱是表征石墨烯材料最常用的、非破坏性的和快速的实验技术手段之一。 石墨烯材料拉曼光谱具有数个特征峰，特征峰的某些参数，如峰型、强度或者峰位，常用于表征石墨烯 材料。 本部分涉及的 拉曼光谱 法为石墨烯材料综合表征方法之一。不同方法制备的石墨烯材料在结晶程 度、价键结构和微观结构上存在差异，实际应用中需根据样品特点综合多种方法分析。本部分涉及的标 准方法与本系列的其它标准一起使用，为石墨烯材料的生产和研究提供技术指导。 CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00166.1-2020 1 石墨烯材料表征 第1部分 拉曼光谱 法 1 范围 本部分规定了拉曼光谱法测定石墨烯材料的术语和定义、方法原理、仪器、实验条件、样品制备、 测试参数的选择、图谱及数据处理、不确定度评定和报告。 本部分适用于拉曼光谱法的石墨烯材料表征。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 30544.13 纳米科技 术语 第13部分：石墨烯及相关二维材料 GB/T 33252 纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试 GB/T 36063 纳米技术 用于拉曼光谱校准的标准拉曼频移曲线 3 术语和定义 GB/T 30544.13 、GB/T 33252 和GB/T 3606 3中界定的术语和定义适用于本文件。 4 方法原理 4.1 入射激光作用下，石墨烯价带上的电子跃迁到导带上，电子与声子相互作用发生散射，从而可以 产生不同的拉曼特征峰。石墨烯的拉曼光谱特征峰主要有 D峰、G峰和 2D峰(G’峰)。D峰一般出现在 1350 cm-1附近，是由芳香环中 sp2碳原子的对称伸缩振动径向呼吸模式引起的，且通常需要缺陷的存在才能激 活。 G峰主要出现在 1580 cm-1附近，它是由sp2碳原子间的拉伸振动引起的，对应着布里渊区中心的 E2g 光学声子的振动。 2D峰(G’峰)是D峰的倍频峰，通常出现在 2680 cm-1附近，是由碳原子中两个具有反向 动量的声子双共振跃迁引起的。 4.2 拉曼光谱峰左右对称，且符合洛伦兹或高斯线形。如果几个峰叠加在一起，会出现不对称线形。 为了确认每个峰的峰位，需要对谱图进行洛伦兹或高斯拟合。洛伦兹拟合 公式见公式 (1)和公式(2) 。 0 22 cAwy = y + 2π4(x - x ) + w ……………………………………………………………………………………………… 公式 (1) 2AH=πw …………………………………………………………………… ………………………………… ... ……………………… 公式 (2) 式中： CSTMhQÆQl^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00166.1-2020 2 xc为拉曼谱峰的中心 位置，即拉曼频移，单位为 cm-1； w为半峰宽，单位为 cm-1； A为峰面积，单位为 光电子数∙cm-1； y0为基底的强度值，单位为光电子数； H为峰强度，单位为 光电子数。 5.仪器 拉曼光谱仪配置激发波长 450 nm - 650 nm的激光器。光谱分辨率优于 3 cm-1。 6 实验条件 6.1 实验环境条件 环境温度为（ 20-25）℃，使用温度波动范围不超过±2 ℃。相对湿度 ≤60％。 6.2 仪器条件 6.2.1 测试前打开激光器，预热和稳定时间按仪器说明书进行操作。 6.2.2 选择拉曼频移范围涵盖 (100-3200) cm-1的有证标准物质 ，依据 GB/T 36063在光谱范围内进行线性 校准，并做标准曲线 。 6.2.3 通过测量标准物质得到的校准曲线来校准样品D 峰、G峰、2D峰的拉曼频移 ，通过测量拉曼相对 强度标准物质得到的校准因子来校准样品的 G峰和2D峰的强度比I G/I2D、D峰和G峰的强度比I D/IG。 6.2.4 仪器校准方法参见 GB/T 33252和GB/T 36063 。 7 样品制备 7.1 石墨烯薄膜通过 溶液刻蚀法 转移到基底上，宜使用表面覆盖有 300 nm或90 nmSiO 2层的 Si基底，参 见附录 A。 7.2 粉体样品铺陈到基底上， 用干净的小勺或载玻片轻压样品使样品铺平。 宜使用 Si、玻璃