石墨烯的優異特性和重要性以及其廣闊的應用前景，此去略去N個字。讓我們直入主題，從石墨烯的拉曼談起。
拉曼光譜作為一種指紋性的振動光譜技術，對分子成鍵和物質結構表現出高度的靈敏度。即便是很小的結構變化，都會在分子的拉曼譜圖中明顯地表現出來。
碳的同素異形體（鉆石、碳納米管、石墨烯、石墨、富勒烯等）結構非常類似，其不同之處僅僅表現在碳原子的相對位置以及其與相鄰原子的成鍵方式。拉曼光譜的這種靈敏度對于我們研究碳的同素異形體提供了絕佳的便利。
圖1. 石墨烯結構與拉曼光譜儀
石墨和單層石墨烯的拉曼譜圖中，G峰和2D峰都非常明顯。值得注意的是，對于碳晶格中有缺陷的石墨烯而言，往往還會出現比較明顯的D峰。雖然石墨和石墨烯的譜圖差別非常小，但是其G峰和2D峰的位置和形狀卻為我們提供了非常重要的信息。
圖2. 石墨和單層石墨烯的拉曼譜圖
1. G峰
在石墨烯拉曼譜圖中，G峰一般位于1587 cm-1位置，峰形非常尖銳。這個峰代表的是石墨烯中sp2雜化碳原子的面內振動模式。G峰的位置對石墨烯層數非常敏感，通過G峰的位置，可以判斷特定石墨烯樣品的層數。隨著層數的增加，G峰朝低位移方向移動，亦即朝低能量方向移動，表明石墨烯層之間的鍵能的削弱。下面有一個計算石墨烯層數的經驗公式：
ωG=1581.6+11/（1+n1.6）
其中，ωG表示峰位置，n表示石墨烯層數。
值得注意的是，石墨烯的峰位置會受到溫度、摻雜以及非常微弱的應力影響，所以，當需要利用拉曼進行石墨烯層數計算時，操作需要非常小心。
圖3. 不同層數石墨烯的G峰
G峰不僅能夠利用其位置用于計算石墨烯的層數，還可以利用其強度來確定石墨烯的厚度。如圖3所示，不同層數的石墨烯G峰強度呈線性相關。G峰強度收到溫度、摻雜以及應力的影響較小，在環境因素難以避免時，其提供的石墨烯層數計算更加準確。
2. D峰
D峰代表的是石墨烯中sp2雜化碳原子環的環呼吸振動模式，表現的是碳晶格的缺陷和無序。石墨和高品質石墨烯中，D峰一般非常弱。如果D峰很明顯，說明材料中存在許多缺陷。D峰的強度和樣品中的缺陷成都成比例關系。另外需要說明的是，D峰是一種諧振峰，這個峰位置有許多微弱的振動模式，根據激光的不同，不同的振動模式會得到增強。因此，在研究D峰的時候，需要使用相同的激光頻率。
圖4. 不同層數石墨烯的D峰
3. 2D峰
2D代表兩個光子晶格的振動模式，是D峰的次級。和D峰不一樣的是，2D峰不需要被臨近原子活化成缺陷。所以，石墨烯拉曼譜圖中，即便D峰不存在，2D峰也總是非產強，而且也不代表缺陷。對于單層石墨烯樣品，2D峰是一個單獨的對稱峰，半高寬約30 cm-1。隨著層數的增加，對稱性降低，2D峰分裂成多個重疊的峰。這種明顯的峰形變化，可有效區別石墨烯層數（適用于層數小于4的樣品）。
和D峰相同的是，2D峰也是共振峰，具有明顯的色散行為。所以2D峰的位置和峰形會隨著激光頻率變化。因此，在研究2D峰的時候，需要使用相同的激光頻率。
圖5. 不同層數石墨烯的2D峰
值得一提的是，單層石墨烯還可以通過2D峰和G峰的強度比例來鑒別。高質量（無缺陷）的單層石墨烯的I2D/IG為2，隨著比例的降低，說明石墨烯層數越來越厚。
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Mark Wall. The Raman Spectroscopy of Graphene and the Determination of Layer Thickness.
