常見(jiàn)碳材料學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1常見(jiàn)常見(jiàn)(chn jin)碳材料碳材料第一頁(yè)，共39頁(yè)。建筑學(xué)家理查德巴克明斯特富勒（Richard Buckminster Fuller）設(shè)計(jì)的美國(guó)萬(wàn)國(guó)博覽(bln)館球形圓頂薄殼建筑。 第1頁(yè)/共38頁(yè)第二頁(yè)，共39頁(yè)。第2頁(yè)/共38頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。（1）結(jié)構(gòu)不同，拉曼光譜不同（2）G-band(1580cm-1)是由碳環(huán)或長(zhǎng)鏈中 的所有sp2原子(yunz)對(duì)的拉伸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。（3）缺陷和無(wú)序誘導(dǎo)D-band（1360cm-1）的產(chǎn)生。（4）一般我們用D峰與G峰的強(qiáng)度比來(lái)衡量碳材料 的無(wú)序度。第3頁(yè)/共38頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。1355cm-1峰的出現(xiàn)歸結(jié)于微晶尺寸效應(yīng)使得沒(méi)有

2、拉曼活性的某些聲子在選擇定則改變后變得有了拉曼活性。發(fā)現(xiàn)D模對(duì)于拉曼活性G模的相對(duì)強(qiáng)度與樣品(yngpn)中石墨微晶尺寸的大小相關(guān)。商用石墨(shm)第4頁(yè)/共38頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。第5頁(yè)/共38頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。e excitatione-phonon scatteringdefect scatteringE-hole recombinationD-BandKG-Band11580cm伴隨著層數(shù)的增加強(qiáng)度(qingd)提高第6頁(yè)/共38頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。e excitatione-phonon scatteringPhonon with opposite momentumE-hole

3、recombination層數(shù)依賴性激發(fā)(jf)光能量依賴性第7頁(yè)/共38頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。石墨(shm)的拉曼光譜不同點(diǎn)不同偏振方向的拉曼光譜（a）完美石墨(shm)晶體（b）有缺陷的石墨(shm)第8頁(yè)/共38頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。（a）D模的相對(duì)強(qiáng)度與石墨微晶尺寸La的相互(xingh)關(guān)系。（b）石墨一階和二階拉曼模的激發(fā)光能量依賴性。激發(fā)(jf)光能量增加，D模頻率向高能方向移動(dòng)。激發(fā)(jf)光波長(zhǎng)在近紅外到近紫外是線性的，斜率4050cm-1/ev2D的大概是D的兩倍第9頁(yè)/共38頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。第10頁(yè)/共38頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。Graphene的結(jié)構(gòu)(jigu)及其拉曼光

4、譜半金屬性石墨(shm)烯的手性石墨烯是一種(y zhn)其禁帶寬度幾乎為零的半金屬/半導(dǎo)體材料 在2006 2008年間, 石墨烯已被制成彈道輸運(yùn)晶體管(ballistic transistor)，平面場(chǎng)效應(yīng)管(Field-Effect Transistors)，并且吸引了大批科學(xué)家的興趣 第11頁(yè)/共38頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。(a) Comparison of Raman spectra at 514 nm for bulk graphite and graphene. They are scaled to have similar height of the 2D peak at 270

5、0 cm-1.(b) Evolution of the spectra at 514 nm with the number of layers. (c) Evolution of the Raman spectra at 633 nm with the number of layers.Graphene中心無(wú)缺陷(quxin)存在第12頁(yè)/共38頁(yè)第十三頁(yè)，共39頁(yè)。(d) Comparison of the D band at 514 nm at the edge of bulk graphite and single layer graphene. The fit of the D1 an

6、d D2 components of the D band of bulk graphite is shown. (e) The four components of the 2D band in 2 layer graphene at 514 and 633 nm.（d）D峰的產(chǎn)生(chnshng)及峰位的不同（e）2layer 2D峰由四個(gè)組成第13頁(yè)/共38頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。單層及雙層graphene2D峰的雙共振過(guò)程聲子支的分裂-1所以(suy)歸因?yàn)殡娮幽芗?jí)的分裂Bilayer graphene電子(dinz)能帶的分裂，使bilayer分裂為四個(gè)帶第14頁(yè)/共38頁(yè)第十五頁(yè)，共

7、39頁(yè)。FIG. 1. Color online a Optical image of a typical MCG sheet and the angles between edges. b The statistical results of the angle standard deviation is 5.4. c Illustration of the relationship between angles and the chiralities of the adjacent edges.第15頁(yè)/共38頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。 當(dāng)兩相鄰邊緣(binyun)的夾角是30，90時(shí)，兩邊緣

8、(binyun)有不同的手性，一個(gè)是armchair,一個(gè)是zigzag。當(dāng)夾角是60時(shí)，有相同的手性。無(wú)序誘導(dǎo)的D峰的拉曼強(qiáng)度與邊緣(binyun)手性有關(guān)：在armchair edge的邊緣(binyun)D峰強(qiáng)度較強(qiáng)，在zigzag邊緣(binyun)較弱。第16頁(yè)/共38頁(yè)第十七頁(yè)，共39頁(yè)。第17頁(yè)/共38頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。Hundreds of species depend on how it is folded.碳納米管(Carbon nanotube)是1991年才被發(fā)現(xiàn)(fxin)的一種碳結(jié)構(gòu)。 理想納米(n m)碳管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無(wú)縫、中空的管體 SW

9、NT的直徑一般為16 nm，最小直徑大約為0.5 nm，直徑大于6nm以后特別不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生SWNT管的塌陷，長(zhǎng)度則可達(dá)幾百納米到幾個(gè)微米 MWNT的層間距約為納米，直徑在幾個(gè)納米到幾十納米，長(zhǎng)度一般在微米量級(jí)，最長(zhǎng)者可達(dá)數(shù)毫米 碳納米管中的碳原子以sp2雜化，但是由于存在一定曲率所以其中也有一小部分碳屬sp3雜化 第18頁(yè)/共38頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。2000年，香港科技大學(xué)的湯子康博士即宣布發(fā)現(xiàn)了世界上最細(xì)的純碳納米碳管，這一結(jié)果已達(dá)到(d do)碳納米管的理論極限值。最細(xì)的碳納米管 (0.4 nm)具有極好的可彎折性密度(md)小，硬度強(qiáng)，鋼的100倍奇妙(qmio)的碳納米管“太空電梯

10、”的繩索第19頁(yè)/共38頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。沿不同點(diǎn)陣方向卷曲二維石墨(shm)烯可形成不同類型的碳納米管碳納米管的結(jié)構(gòu)(jigu)第20頁(yè)/共38頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。二維石墨片的卷曲(jun q)，沿不同點(diǎn)陣方向卷曲(jun q)可形成不同類型的碳納米管armchairZigzagchiral第21頁(yè)/共38頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。碳納米管的性質(zhì)(xngzh)第22頁(yè)/共38頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。SWNTs的平均(pngjn)直徑CVD方法(fngf)制備的單臂碳納米管第23頁(yè)/共38頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。普通的單個(gè)SWNTs的拉曼光譜有三個(gè)峰，RBMs D GRBM的頻率=A/d

11、t實(shí)驗(yàn)測(cè)定A=248cm-1nm，Si/SiO2上生長(zhǎng)的離散(lsn)SWNTs比較準(zhǔn)確。D峰的頻率依賴于激發(fā)光能量和直徑。第24頁(yè)/共38頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。碳納米管的拉曼光譜G-bandGraphite:G峰單一(dny)，尖銳對(duì)應(yīng)q=0, mode E2g Nanotubes: 兩個(gè)(lin )峰 G+ 和 G-. 起源于 graphite E2g Metallic semiconducting第25頁(yè)/共38頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。G+: no diameter dependence LO axialG- diameter dependence TO circumferential

12、G峰的振動(dòng)模式及其性質(zhì)(xngzh)第26頁(yè)/共38頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。153015401550156015701580159016000.81.01.21.41.61.82.02.22.4152015301540155015601570158015901600G-Diameter (nm)Semiconducting Raman Shift (cm-1)LOTOMetallic G+ G-G+LOTO Metallic tubes: G-LO & G+TO Semiconducting tubes: G- TO & G+ LO第27頁(yè)/共38頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。第28

13、頁(yè)/共38頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。CVD法，C源：甲烷(ji wn)Length：10um直徑：平均2nm第29頁(yè)/共38頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。(b) A close-up view of the RBM of the DWNTs at different Elaser excitation激發(fā)光能量降低最強(qiáng)RBM的頻率提高。原因：管管相互作用， 內(nèi)外(niwi)管相互作用WRBM=224/d+1一般外管W160cm-1的峰只要來(lái)源于內(nèi)管直徑D峰半高寬20cm-1第30頁(yè)/共38頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。CNTs的D-band的頻率隨激發(fā)光能量的降低而減小相同(xin tn)激發(fā)光能量下，DWN

14、Ts的D峰頻率最低。內(nèi)外層作用力的影響。第31頁(yè)/共38頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。線性關(guān)系斜率(xil)CNTs:WD=W0laserMWNTs W0=1285DWNTs 1260SWNTs 1270第32頁(yè)/共38頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。第33頁(yè)/共38頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。第34頁(yè)/共38頁(yè)第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。SEM images of CNWs grown on Si substrate using PECVD與石墨，碳納米(n m)管相比，碳納米(n m)壁的D峰較強(qiáng)，邊緣密度高及表面氧化。第35頁(yè)/共38頁(yè)第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。第36頁(yè)/共38頁(yè)第三十七頁(yè)，共39頁(yè)。謝謝(xi xie)第37頁(yè)/共38頁(yè)第三十八頁(yè)，共39頁(yè)。NoImage內(nèi)容(