導(dǎo)語(yǔ)

單壁碳納米管是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的碳納米管，具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能。在微電子器件和納米復(fù)合材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。單壁碳納米管的拉曼光譜具有數(shù)個(gè)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(dǎo)電性、無(wú)序度與缺陷等。

光譜電化學(xué)是一種多響應(yīng)技術(shù)，可以在單個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)提供電化學(xué)和光譜信息。下面我們來(lái)看看使用瑞士萬(wàn)通SPELEC RAMAN表征不同電位下的單壁碳納米管的情況。

SPELEC RAMAN和經(jīng)單壁碳納米管修飾的絲網(wǎng)印刷電極（SPE）

實(shí)驗(yàn)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(guò)圖1我們可以清晰的看到四個(gè)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(guān)系遵循以下公式：

其中A(nm cm-1)和B(cm-1)通常為半經(jīng)驗(yàn)值，分別為(220~230)nm cm-1和(10~20)cm-1。我們根據(jù)圖1中關(guān)于RBM的插圖，可以計(jì)算出其直徑為別為1.55nm、1.19nm、1.07nm、和0.92nm。

接下來(lái)，我們?yōu)檠芯矿w系施加電化學(xué)信號(hào)，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(guò)圖2我們可以發(fā)現(xiàn)，0.00V至+1.00V的電位范圍下，G模的拉曼強(qiáng)度會(huì)有比較明顯的變化，且反向掃描后的強(qiáng)度可以返回到初始強(qiáng)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(xiàn)G模在反向掃描后無(wú)法回復(fù)到初始值，且發(fā)生了位移。通常，我們會(huì)用ID/IG的比值來(lái)評(píng)價(jià)碳納米管的缺陷程度。上述實(shí)驗(yàn)表明了ID/IG的比值會(huì)隨著正電位的變化而變化。結(jié)果說(shuō)明單壁碳納米管在+1.80V時(shí)會(huì)比+1.00V產(chǎn)生更多的缺陷。

圖4 不同電位下ID/IG的比值

結(jié)論

由于拉曼信號(hào)的共振增強(qiáng)，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(xué)是研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的有力技術(shù)。拉曼光譜法和電化學(xué)的結(jié)合為評(píng)估單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)提供了重要的信息。

應(yīng)用領(lǐng)域

材料表征

新材料開發(fā)

腐蝕研究

電池測(cè)試

瑞士萬(wàn)通SPELEC RAMAN是市場(chǎng)上shou臺(tái)組合型電化學(xué)拉曼光譜儀。儀器內(nèi)部集成了激光器、雙恒電位/恒電流儀，以及一臺(tái)光譜儀。為您的交叉學(xué)科研究提供強(qiáng)有力的分析手段。

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(xué)性能、較高的導(dǎo)熱性能、優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在電子器件和光電子器件應(yīng)用廣泛，如透明導(dǎo)電膜電極、薄膜晶體管、邏輯電路、柔性可穿戴電子器件、化學(xué)與生物傳感器、超級(jí)電容器與太陽(yáng)能電池等。以SWCNTs作為有源層材料所制備的薄膜晶體管電學(xué)性能優(yōu)異、特征尺寸更小、穩(wěn)定性好、散熱更快、運(yùn)行頻率更高，表現(xiàn)出優(yōu)異的器件性能及極大的應(yīng)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(jié)構(gòu)不明確的特點(diǎn)，且聚合物的分子量對(duì)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(yīng)用中易于出現(xiàn)批次性差異，在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。有機(jī)小分子不存在批次間重復(fù)性差的問(wèn)題，但有機(jī)小分子材料分子量較小，有機(jī)小分子與單壁碳納米管之間的π-π相互作用較弱，導(dǎo)致有機(jī)小分子分散的單壁碳納米管墨水的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差。為了實(shí)現(xiàn)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(duì)于后續(xù)器件性能有一定影響。