拉曼光谱技术在二维过渡金属硫族化合物材料层数表征上的应用

Among the layered materials, two-dimensional transition-metal dichalcogenides (TMDs) have been widely studied due to their distinctive electronic and optical properties. It is well-known that the physical properties of two-dimensional layered crystal materials are highly related to their layer number. Thus, how to determine the layer number of two-dimensional TMDs materials is of primary importance for fundamental study and practical applications. Recently, Raman mode intensity from substrates has been used to identify the layer number of two-dimensional layered crystal materials. However, such analysis is not applicable for ultrathin flakes of two-dimensional TMDs materials due to the lack of a unified complex refractive index from monolayer to multi-layer TMDs. Here, the effective complex refractive index from monolayer to multi-layer is obtained by fitting the experimental data. And the fitted effective complex refractive index has been used to identify layer number of two-dimensional TMDs materials based on Raman mode intensity from substrate. This opens the possibility to identify layer number of two-dimensional TMDs materials without unified complex refractive index and expand the application of Raman spectroscopy for studying the properties of two-dimensional layered crystal materials.

二维过渡金属硫族化合物（TMDs）由于其独特的电子和光学性质，成为了当今二维层状晶体材料研究领域的热门材料之一。众所周知，二维层状晶体材料的基本物性表现出很强的层数依赖性，因此准确的层数表征便成了对二维TMDs材料做进一步物性研究与实际应用前的首要问题。利用支撑样品介质衬底的特征拉曼模式强度随样品层数的变化关系对二维层状晶体材料进行层数表征是一种行之有效的方法，但由于单层到多层的二维TMDs材料没有统一的复折射率，导致该方法并不能直接应用于二维TMDs材料的层数表征。本项目提出并通过拟合实验测量值计算出适用于单层到多层二维TMDs材料的有效复折射率，在此基础上应用支撑样品介质衬底的特征拉曼模式强度随样品层数的变化关系对二维TMDs材料进行层数表征，解决二维TMDs材料层数表征领域面临的问题，拓展拉曼光谱技术在二维层状晶体材料研究领域的应用。

由于优异的导电、导热特性，完美的机械性能以及超高的比表面积等特点，石墨烯作为碳材料家族的新兴代表获得了越来越多的关注和研究。在石墨烯的应用研究领域，制备具有薄片石墨烯良好性能的石墨烯基宏观材料是实现石墨烯实际应用的有效途径之一。目前在这方面已经开展了很多富有成效的研究工作，比如制备性能良好的一维石墨烯基纤维、二维石墨烯纸已经三维的石墨烯基泡沫等。但在该领域仍然存在很多需要解决的问题，为了开发制备性能优越石墨烯基宏观材料的新技术，以及相关材料的物性研究与应用，在本项目资助下取得的主要成果如下：. （1）提出了一种利用改进的静电喷雾技术制备高导电性石墨烯纸的新方法。通过对石墨烯纸的导电性能测试发现，在相同的还原条件下，利用改进的静电喷雾方法制备的石墨烯纸的电导率大约比传统静电喷雾方法制备的石墨烯纸提高了1.5倍，达到了6180 S/m。从而证明了通过对还原氧化石墨烯薄片排列方式的优化能够提升石墨烯纸的性能。此外该方法制备的石墨烯纸也表现出了良好的电化学性能，其组装的双电层电容器比容量达到174 F/g，并表现出较好的循环稳定性。. （2）首次利用静电喷雾技术成功制备了性能良好的单通道以及多通道的还原氧化石墨烯微管。该微管具有优异的导电性能和机械性能，室温下其电导率高达1.99 X 104 S/m，明显高于其他方法制备的石墨烯微管，在柔性电子领域可以作为柔性的导线使用点亮LED灯泡，并且在超过800次的反复弯折实验下表现出了稳定的导电特性。基于其高的比表面积，利用石墨烯微管负载二氧化钛的复合材料具有灵敏的光响应特性。