偏光显微镜能否观察石墨烯?在光学显微镜下是什么特殊反应? [上一篇] [下一篇]

[ 2015-12-31 21:50:43 | 作者:mshot04 | 出处:原创 | 天气:晴 ] 字体:

最近针对以下几个比较常见的问题:
如何用显微镜观察石墨烯?
石墨烯在光学显微镜下是不是有什么特殊的颜色反应?
石墨烯可以用偏光显微镜观察?
看石墨烯需要用什么光学显微镜?
如何用显微镜观察石墨烯?
首先是石墨烯的概念:石墨烯是材料学科的新星,受到材料科学和凝聚态物理的高度关注。作为一种严格的2维的材料,具有很多突出的晶体性能和电学性能。作为一种新材料,它甚至是曾经在理论上不存在的,所以在寻找这种物质的时候有很多的方法和技术,但是不是每一种方法和技术都可以成功的。同时很重要的一点是,如何可以检验所制备出来的物质是2维结构的。
石墨烯是怎么获得的,石墨烯是怎么发现的:开始的时候,科学家更希望可以通过化学裂解石墨的方式获得石墨烯。因为石墨的层与层之间是类似于范德瓦尔斯作用力是一种比较弱的力。在化学裂解生成的沉积物中,并没有发现石墨烯的踪影,大部分是一些多原子的曲卷产物,并不是单层的原子。使用化学裂解法中没有发现石墨烯,认为有以下可能:1.石墨烯不在显微镜的观测范围之内,所以不可能“找到”即使是存在的。2.石墨烯是一种瞬时的结构,不稳定,会发生裂解。但是后面用其他方法制备出来石墨烯,证明在室温下是可以稳定存在的,所以第二种假设是不成立的,化学的方法没有制备出石墨烯可能是因为化学反应本身很难控制单一的某一化学键的反应,而且在速度也不好控制。同样后面的石墨烯的检测说明,显微镜下是可以看见的,而且对于拉曼散射光谱来说还有明显的特征。
如何对石墨烯进行观察和鉴定:由于石墨烯是单层原子的,对光的吸收较少,而且很薄,就不易在光学显微镜下观测到。 石墨烯放在特定的厚度的二氧化硅上,当光束通过时会发生和光的干涉类似的现象,但是没有石墨烯覆盖的二氧化硅并不会有类似的现象。所以,可以使石墨烯可以在光学显微镜下被观测到。但是二氧化硅的厚度如果是315纳米,而不是300纳米的话就会使二氧化硅完全的看不见。所以对石墨烯的要求之外,二氧化硅的表面的清洁度也很重要。用光学显微镜找到2维结构的单分子层,进一步的分析使用原子力学显微镜,因为原子力学显微镜中2维结构与3维结构原子层之间的距离和厚度都有明显的差别。现在我们知道对于石墨烯来说,它的拉曼光谱明显的和厚度是有关系的。D频率的二阶峰的形状,位置,宽度都会随着厚度的增加有变化。这样就可以无歧义的,高分辨的,分破环性的知道原子的层数。回过头来说,最重要的是二氧化硅表面在光学显微镜下对石墨烯的检测,这可以在前面很好的有一个简单方法检测是否有石墨烯的出现。5

总结的说,要看到石墨烯并不是意见简单的事,有很多的细节需要关注。从石墨的选择,二氧化硅基底的厚度,表面到拉曼光谱的特征等等。

普通的显微镜是看不到单层或双层石墨烯的,但是还是可以看到五层左右的.现在文献上报道的一般是采用Leica或奥林巴斯型显微镜观察(奥林巴斯偏光显微镜BX53P)。
为了实验的方便,建议你在用偏光显微镜观看时,记得把你觉得比较合适的所有参数记下来,以便以后都采用这套参数,这样你只要进行一两次拉曼实验来确定石墨烯的层数,再后来你就可以根据光学照片来判断单层到四层石墨烯。
石墨氧化物分散到300纳米二氧化硅衬底上,通过leica 显微镜也是可以看到的,并且石墨氧化物与还原后的石墨氧化物颜色会出现很大的变化。
氧化石墨烯的折射率不同,导致了在基片上看很费劲。如果稍微还原一下,比如200度下,保温一会,基本就出现比较好的衬度了。显微镜具体用什么牌子不是最重要的,牌子仅仅会影响成像质量,和是否能看到不是有很大联系。

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