탄소 재료에 라만 분광법 적용

매우 다양한 탄소 나노구조가 있지만 모두 몇 가지 기본적인 공통점이 있습니다. 이러한 재료의 범위는 다이아몬드와 흑연의 잘 알려진 동소체에서 시작하여 풀러렌, 그래핀 및 탄소 나노튜브와 같은 보다 복잡한 구조를 계속 포함합니다.

분자적 관점에서 볼 때 이러한 물질은 모두 C-C 결합으로 구성되어 있지만 이러한 결합의 방향은 물질에 따라 다릅니다. 의미 있는 방식으로 분자 구조를 특성화하려면 CC 결합 방향의 미세한 변화에도 매우 민감한 기술이 필요합니다.

라만은 형태에 매우 민감합니다. 라만 분광법은 탄소 재료의 분자 형태 특성 분석에 특히 적합합니다.

일반적인 라만 시스템에는 네 가지 주요 구성 요소가 있습니다:

• 여기원(레이저)
• 샘플 조명 시스템 및 산란광 수집 시스템
• 파장 선택기(필터 또는 분광계)
• 프로브(포토다이오드 스트링 프로브, CCD 또는 PMT)

다이아몬드의 스펙트럼은 동일한 사면체 결정 구성을 공유하지만 밴드의 주파수(cm-1 위치)에 의해 실리콘 및 게르마늄의 스펙트럼과 쉽게 구별됩니다. 실리콘과 게르마늄의 더 무거운 원자는 진동 주파수를 늦추고 해당 라만 대역도 더 낮은 주파수로 이동시킵니다. 그것으로부터 다이아몬드와 흑연은 모두 C-C 결합으로 구성되어 있지만 쉽게 구별할 수 있습니다.

흑연 스펙트럼은 스펙트럼에 여러 밴드가 있으며 주요 밴드는 다이아몬드의 1332cm-1에서 흑연의 1582cm-1로 이동했습니다.

나노 결정질 다이아몬드의 작은 결정 크기는 격자가 다소 왜곡되는 유한 크기 효과를 초래합니다. 이것은 라만 스펙트럼에서 약간 하향 이동된 사면체 sp3 밴드에 의해 나타납니다.

1620cm-1의 추가 밴드와 1620cm-1의 숄더 및 사면체 sp3 밴드는 표면 결함 모드를 나타내는 sp2 결합 탄소를 나타내며, 이는 더 큰 다이아몬드 결정에서 중요하지 않습니다.

라만은 4개 층 미만의 그래핀 층 두께(즉, 현재 그래핀 연구 분야에서 관심을 갖는 두께)에 대해 원자층 분해능으로 층 두께를 결정할 수 있습니다.

라만 스펙트럼 피크의 강도는 또한 그래핀 필름 재료에 산화물 작용기가 존재함을 보여줍니다.

탄소나노튜브의 라만 분광법

• 탄소 나노튜브는 기본적으로 속이 빈 튜브를 형성하기 위해 밀봉된 롤업 그래핀 시트입니다.
• 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)는 일반적으로 직경이 1~2nm에 불과한 단일 외벽을 가진 원통형 튜브입니다. 또한 내부 단일벽 탄소 나노튜브를 감싸는 두 번째 그래핀 층이 있는 이중벽 탄소 나노튜브(DWCNT)가 있습니다.

SWCNT의 라만 스펙트럼은 그래핀과 많은 유사성을 지니고 있는데, 이는 단순히 그래핀을 말아 올린 시트이기 때문에 그리 놀라운 일이 아닙니다.

방사형 호흡 모드 또는 RBM 대역으로 알려진 스펙트럼의 저주파 끝에 나타나는 또 다른 일련의 대역이 있습니다. RBM 밴드는 SWCNT에 고유하며 이름에서 알 수 있듯이 튜브의 확장 및 수축에 해당합니다.