單壁碳納米管（SWCNTs）具備優(yōu)異的電荷傳輸性能、良好的溶液加工性和高柔性、優(yōu)異的力學性能、較高的導熱性能、優(yōu)異的機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在電子器件和光電子器件應用廣泛，如透明導電膜電極、薄膜晶體管、邏輯電路、柔性可穿戴電子器件、化學與生物傳感器、超級電容器與太陽能電池等。以SWCNTs作為有源層材料所制備的薄膜晶體管電學性能優(yōu)異、特征尺寸更小、穩(wěn)定性好、散熱更快、運行頻率更高，表現出優(yōu)異的器件性能及極大的應用發(fā)展?jié)摿Α?br style="font-family: "sans serif", tahoma, verdana, helvetica; font-size: 13.3333px; white-space: normal;"/>
??由于聚合物存在分子量多分散性和分子結構不明確的特點，且聚合物的分子量對單壁碳納米管的分散和分離有較大影響，使選擇分離的單壁碳納米管在器件應用中易于出現批次性差異，在一定程度上限制了其實際應用。有機小分子不存在批次間重復性差的問題，但有機小分子材料分子量較小，有機小分子與單壁碳納米管之間的π-π相互作用較弱，導致有機小分子分散的單壁碳納米管墨水的儲存穩(wěn)定性較差。為了實現單壁碳納米管的穩(wěn)定分散，往往需要使用大量的分散劑，而大量分散劑的引入對于后續(xù)器件性能有一定影響。

導語

單壁碳納米管是結構最簡單的碳納米管，具有獨特的電學、光學和機械性能。在微電子器件和納米復合材料等領域具有廣闊的應用前景。單壁碳納米管的拉曼光譜具有數個特征峰，可用于定量或定性表征單壁碳納米管樣品的直徑、導電性、無序度與缺陷等。

光譜電化學是一種多響應技術，可以在單個實驗中同時提供電化學和光譜信息。下面我們來看看使用瑞士萬通SPELEC RAMAN表征不同電位下的單壁碳納米管的情況。

SPELEC RAMAN和經單壁碳納米管修飾的絲網印刷電極（SPE）

實驗與方法

我們首先使用帶有785nm激光的SPELEC RAMAN表征單壁碳納米管(DRP-110SWCNT)。

圖1 DRP-110SWCNT的拉曼光譜圖

通過圖1我們可以清晰的看到四個主要的譜帶，分別是：徑向呼吸模(RBM)、D模、G模和G’模。其中RBM位于(120~300)cm-1之間，主要提供納米管的尺寸信息，兩者之間的關系遵循以下公式：

其中A(nm cm-1)和B(cm-1)通常為半經驗值，分別為(220~230)nm cm-1和(10~20)cm-1。我們根據圖1中關于RBM的插圖，可以計算出其直徑為別為1.55nm、1.19nm、1.07nm、和0.92nm。

接下來，我們?yōu)檠芯矿w系施加電化學信號，表征不同電位下的光譜圖。我們由0.00V至+1.00V分別正向和反向掃描，圖2展示了G模在不同電位下的變化。

圖2 0.00V至+1.00V不同電位下G模的拉曼譜圖

通過圖2我們可以發(fā)現，0.00V至+1.00V的電位范圍下，G模的拉曼強度會有比較明顯的變化，且反向掃描后的強度可以返回到初始強度值，但G模的位置并未發(fā)生變化。

隨著電位的繼續(xù)加大，直至+1.80V，我們又得到下圖。圖3展示了G模在更寬的電位變化下的拉曼譜圖。

圖3 0.00V至+1.80V不同電位下G模的拉曼譜圖

隨著電位的繼續(xù)加大，我們發(fā)現G模在反向掃描后無法回復到初始值，且發(fā)生了位移。通常，我們會用ID/IG的比值來評價碳納米管的缺陷程度。上述實驗表明了ID/IG的比值會隨著正電位的變化而變化。結果說明單壁碳納米管在+1.80V時會比+1.00V產生更多的缺陷。

圖4 不同電位下ID/IG的比值

結論

由于拉曼信號的共振增強，拉曼光譜法是表征單壁碳納米管的ZJ方法之一。此外，光譜電化學是研究動態(tài)系統(tǒng)的有力技術。拉曼光譜法和電化學的結合為評估單壁碳納米管的結構提供了重要的信息。

應用領域

材料表征

新材料開發(fā)

腐蝕研究

電池測試

瑞士萬通SPELEC RAMAN是市場上shou臺組合型電化學拉曼光譜儀。儀器內部集成了激光器、雙恒電位/恒電流儀，以及一臺光譜儀。為您的交叉學科研究提供強有力的分析手段。