代表碳纳米管的拉曼测量|光谱学欧洲和世界半岛综合体育官方APP下载德甲bdapp官方下载安卓版

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马修·j·谢伊^一个和马克·h·墙^b

热费希尔科学、麦迪逊、WI 53711,美国。电子邮件:(电子邮件保护)

拉曼光谱是一半岛综合体育官方APP下载德甲种有价值的测量技术来描述碳纳米材料。然而,重要的是要理解实际上是在测量之前试图得出任何结论。碳纳米材料的典型样本包括一系列相关结构与多元化的特点。本文提供了一个很好的理解什么是在碳纳米管的拉曼光谱,解释了如何优化测量以确保捕获所有的微妙之处可能出现在碳纳米管的集合。

碳纳米管的物理结构样品的拉曼测量有直接影响。碳纳米管将几乎总是表现为松散,统一黑色粉末以散装形式时。然而,实际上是显著的多样性在这些样本影响材料特性和材料的拉曼光谱。非常不寻常的样品有相当水平的含碳杂质,有缺陷的纳米管和较小的残余催化剂等违规行为水平。此外,纳米管墙的数量可以改变在tube-single,双或multiwall-as管直径、手性和长度。所有的这些变异来源将导致至少一个小级别的拉曼光谱的区别。

鉴于这些因素不同样本范围,反映了这些材料的拉曼光谱的所有方面是至关重要的,所以我们不误导了频谱只捕捉一种变体的纳米管。我们将首先解释碳纳米管的拉曼光谱。在这之后,我们将讨论一些碳纳米管的性质可能不利地影响他们的拉曼测量策略,限制其影响。两种抽样方法将允许一个获得大部分的准确评估碳纳米管的集合。最后,我们将展示如何将这些技术可用于测量半导体碳纳米管的分离从原始碳纳米管。

碳纳米管的拉曼光谱

提出了一种典型的碳纳米管拉曼光谱如图1所示。碳纳米管的拉曼光谱包含几个重要特性,文概述et al。¹附近的“G”乐队,1580厘米¹通常与sp相关吗²杂交碳原子在纳米管墙。在单壁碳纳米管(SWCNTs),“G”乐队有两个峰值,较强的1590厘米¹与碳原子沿着纳米管轴的振动,而小,峰值低于1570厘米¹,与振动在碳纳米管的周长。金属SWCNTs现在和更广泛的山峰1550厘米高多了¹。没有这个峰值表明低浓度的金属纳米管。缺陷和sp³杂交碳原子产生一个“D”乐队,集中在1300厘米¹的高度,这是逆相关纳米管质量。有一个共振“二维”高峰在2600厘米¹发生的寓意“D”乐队。

Figure 1. The Raman spectrum of single walled carbon nanotubes (SWCNTs). The prominent bands highlighted bands provide vital insight into the properties and nature of the CNTs.

200厘米之间¹和300厘米¹径向呼吸模式(元)的单壁碳纳米管发生。拉曼峰的位置(w厘米¹)对应于个人手性纳米管是由直径(d海里)的纳米管的关系

在哪里一个和B纳米管环境参数相关。因此,特定的手性纳米管可能确定的拉曼光谱峰在这些波数。

我们如何确保我们收集代表所有的光谱样本中存在的多样性?

图2显示了暗场图像的压缩样本SWCNTs在50×放大。这些碳纳米管的特点是包含SWCNTs的制造商是> 90%的纯,直径1 - 2海里。所示,四个拉曼测量,收集了从视频图像的显示位置。最明显的区别是G - d带比的相对强度。而光谱1和2非常相似之间有明显的差异和光谱3和4 d带展品更大强度相对于G-band。大d带光谱3和4显示的存在一些缺陷和/或SWCNT存在一些热合(多壁碳纳米管)。这些度量值的变化观察表明需要的不仅仅是一个拉曼测量时评估纳米管的大样本的构成。如果不注意收集多少量的拉曼测量评估的组成的纳米材料可能不代表大部分组成。所以有必要需要更多的一些样品的拉曼测量为了得到一个好的评估样品的成分。方法之一,它提供了大量的测量,是一种有效的抽样方法是将纳米管在小步骤的集合下拉曼显微镜和拉曼测量在每个位置。 Raman microscopes can be configured with automated sample stages that allow for small precise steps and software can coordinate the collection of Raman at each point. Statistics can then be applied to the collection of spectra in order to obtain an average spectrum, which will be a good representation of the carbon nanotubes in the sample. The average spectrum can now be viewed as truly representative of the bulk material it has been sampled from. This spectrum, by virtue of sampling a large area, avoids the possibility of over-emphasising the importance of a minor component in the sample as may happen when taking just a few point measurements. Figure 3 shows the video image of the multipoint analysis of an area and the resulting average spectrum. There is an alternative rapid measurement that can quickly give insight into the collection of nanotubes without the need of moving the sample. This bulk measurement method is a special application sampling technique called variable dynamic point sampling or VDPS and is available on the Thermo Scientific DXR SmartRaman spectrometer, which was used for these measurements. Whereas, the Raman mapping measurement involves keeping the laser excitation held rigidly in one place and moving the sample via the automated stage to collect Raman spectra from different locations in the analysis area; VDPS obtains a representative Raman measurement by keeping the sample stationary and rastering the laser rapidly (100 passes/second) across the sample, see Figure 3. By collecting the Raman scattered light at each position encountered by the laser, the resulting spectrum will be the total integrated response from all locations exposed to the laser. This spectrum will be representative of the sample. To demonstrate this, the spectrum of the average spectrum calculated from the multipoint measurement is compared to the VDPS Raman measurement in Figure 3. The VDPS and average spectrum are virtually identical.

Figure 2. Video image and Raman spectra of a sample of carbon nanotubes obtained using a Raman microscope at 50× magnification. The Raman spectra obtained at different locations show a considerable amount of variation. This indicates that a single-point Raman measurement is not capable of capturing the diversity of nanotubes present in the sample.

Figure 3. Comparison of two sampling methods used to capture a representative spectrum on a collection of CNTs. Multipoint average spectrum using a Raman microscope and collecting a series of point measurements on the sample (blue spectrum) and rapid rastering of the laser (VDPS) over the same area of the sample (red spectrum) are virtually identical.

如何应用拉曼测量测量碳纳米管的分离方法的有效性?

上述VDPS抽样方法和获得的碳纳米管可以使用的一组质量指导合成碳纳米管生产路线或测量的有效性分离协议旨在孤立特定类型的碳纳米管。

在合成过程中,半导体和金属单壁碳纳米管中存在比2:1,分别。半导体单壁碳纳米管(s-SWCNTs)是理想的技术应用包括晶体管、发光二极管和光电探测器。的存在甚至少量的金属或多壁纳米管严重降低设备性能。因此,从多壁从金属和半导体单壁纳米管的分离是至关重要的实现将s-SWCNTs高质量技术相关的设备。

9-dioctylfluorene以前,聚合物聚(9日)(卵圆孔未闭)已被证明有选择地包装s-SWCNTs,溶解这些特定的纳米管,并允许他们分开多壁碳纳米管,金属单壁碳纳米管和反应催化剂。²最终解决方案的吸收光谱可以用来获取手性分布提取的解决方案。拉曼描述分离s-SWCNT可能提供了一个替代方法来确定分离效果。

电影的纳米管从解决方案由dropcasting生问粉(美国西南部纳米技术)(1毫克毫升¹)和卵圆孔未闭(美国染料来源,Inc .)、美国(2毫克毫升¹在甲苯),从解决PFO-separated s-SWCNT(< 0.01毫克毫升¹毫升)和卵圆孔未闭(2毫克¹)在甲苯在石英幻灯片。图4显示了VDPS拉曼光谱的原始碳纳米管混合物和PFO-separated碳纳米管。每个峰值VDPS拉曼光谱代表了不同直径碳纳米管。原始的光谱之间存在巨大差异,PFO-separated碳纳米管。从这些光谱,很明显,在分离过程中,特定的碳纳米管的手性分离出原始混合物,这是一个预期的结果卵圆孔未闭的分离过程。

总结

总之,拉曼光谱时提供有用的信息描述碳半岛综合体育官方APP下载德甲纳米管应用的集合。演示了在这篇文章中,一位代表光谱可以让获得洞察质量,统一的整个集合管。两种采样方法进行了讨论。的两个方法,VDPS方法或变量动态采样点,被证明是比和代表多点采样快得多。最后,VDPS拉曼光谱被用来比较原始碳纳米管混合物物种和一个孤立的批半导体碳纳米管,提供洞察分离方法的有效性。

引用

硕士文,文,r .斋藤和a . Jorio“碳纳米管的拉曼光谱”,半岛综合体育官方APP下载德甲理论物理。代表。409年,47 - 99 (2004)。doi:10.1016 / j.physrep.2004.10.006
a . Nish j .黄j .多依格和尼古拉斯·“高度的选择性分散单壁碳纳米管使用芳香聚合物”,Nanotechnol Nat。640 - 646 (2007)。doi:10.1038 / nnano.2007.290

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