[發明專利]利用光學顯微鏡圖片判斷石墨烯層數與厚度的方法

無效

• 申請號: 201210327931.3
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102854136A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 丁榮;王英英;倪振華
• 申請（專利權）人: 泰州巨納新能源有限公司
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01B11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及確定石墨烯層數與厚度的方法，尤其是提取石墨烯光學顯微鏡圖片的R,G,B三色的刺激值，經過計算、比較來判斷石墨烯層數與厚度的方法。

背景技術

石墨烯(graphene)是由碳原子構成的二維晶體，是其它碳材料同素異形體的基本構成單元。2004年，曼徹斯特大學Andre?Geim?教授領導的研究小組最先發現了石墨烯并立即引起了科學和工業界的廣泛關注，石墨烯的發現者更于2010年獲得了諾貝爾物理學獎。由于石墨烯平面內的碳原子結合力很強，很難被破壞，所以它具有很好的結構穩定性、熱穩定性、以及化學穩定性。實驗表明，石墨烯是現在世界上已知的最為牢固，韌性最好的材料。更為特殊的是，電子在石墨烯里遵守相對論量子力學，有效質量接近于零，可以被近視認為是以光子的形式存在（速度是光速的1/300）。伴隨著石墨烯的發現，一系列奇特的物理現象也相繼被發現，如異常的量子霍爾效應、由物理學精細結構常數所決定的石墨烯的吸收率及光導等。正由于這些特殊的性質，石墨烯在多個領域都有極其廣泛的應用，如基于其優異的電學性能，可用于制備場效應晶體管等微電子器件；基于其高透光率、極高的導電性、超寬的光吸收范圍(遠紅外到紫外),可用于太陽能電池、光電探測器、調制器等光電器件等的開發和研究；基于其極高的比表面積(2630m²/g)，以及優秀的熱、化學穩定性，可以用于作為儲能器件，如鋰離子電池，超級電容器等。石墨烯的制備方法有很多種，如通過機械剝離法可以從石墨表面直接剝離出石墨烯，又比如可以通過加熱裂解法在碳化硅晶體表面生長出石墨烯，通過化學氣象沉積法（CVD）也可以在鎳、銅等金屬表面生長出單層和多層的石墨烯，另外通過氧化石墨并還原的方法也能得到大規模的石墨烯粉末。

在石墨烯的研究與應用過程中，精確地判斷石墨烯的厚度及層數（層間距為0.34nm）是至關重要的。目前有多種方法可以判斷石墨烯的厚度，如原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡、拉曼光譜、對比度譜等。原子力顯微鏡可以較直接的獲得石墨烯的厚度，但是其效率較低，且樣品與襯底之間的材質不同導致了單層樣品的檢測結果有誤差。透射電子顯微鏡必須通過石墨烯的折疊區域才能判斷其層數，較復雜。拉曼光譜可以通過特定的峰型，如2D峰的寬度，來判斷有序堆積的石墨烯的厚度，但是對于層間堆積比較無序的樣品，如CVD法生長的多層石墨烯的層數則很難區分。對比度譜利用襯底與樣品上反射光的強度差別，即對比度值來判斷石墨烯的厚度，操作較簡單，且對于不同方法獲得的石墨烯的層數都能判斷，但是對比度譜需要光譜儀才能獲得，成本較高，在一定程度上局限了該方法的廣泛使用。因此，急需一種操作簡單、效率高、誤差小、對儀器設備要求不高且成本較低的方法來判斷石墨烯的厚度及層數。

發明內容

為了解決現有判斷石墨烯厚度和層數的方法存在效率低、操作復雜、準確度不高、且成本較高的問題，本發明提供了一種利用光學顯微鏡圖片精確判斷石墨烯厚度和層數的方法，它能夠克服現有方法的缺陷，具有操作簡單、效率高、誤差小、對儀器設備要求不高等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：利用光學顯微鏡拍下石墨烯在襯底上的光學圖片，利用軟件將圖片的R,G,B三色的刺激值提取出來；將石墨烯樣品上的刺激值與襯底的刺激值進行比較，得出對比度值C=（刺激值_襯底-刺激值_石墨烯）/刺激值_襯底;最后將該對比度值與理論計算獲得的對比度值C₀進行比較，可以精確地判斷石墨烯的層數及厚度，具體步驟如下：

１）.獲得光學顯微鏡圖片；

???２）.計算在特定襯底上的理論對比度值；

???３）.利用軟件提取光學圖片的R,G,B值；

???４）.計算得到實驗對比度值；

???５）.與理論對比度值進行比較，得到石墨烯的厚度和層數。

本發明所述石墨烯是通過任何方法制備出的石墨烯材料。所述襯底是任何可用于承載石墨烯的材料。所述軟件是任何可提取光學圖片R,G,B值的軟件。所述對比度值C用G或R或B刺激值計算，這取決于所采用的不同襯底。所述對比度值C₀為理論計算獲得石墨烯在特定襯底上的對比度譜，所計算出不同厚度石墨烯在G/R/B刺激值范圍內的對比度的平均值。

采用以上技術方案后，本發明的有益效果是，利用此方法判斷石墨烯厚度和層數，具有操作簡單、效率高、成本低、誤差小，且可以用于判斷不同襯底上不同方法制備的石墨烯的厚度，另外還可以判斷其他二維納米薄膜材料的厚度等優勢。