碳纳米管的高分辨率拉曼成像

▼ 4种RBM的分布重合
4種RBMの分布重ね合わせ

▼ RBM分布的拉曼成像
RBMの分布ラマンイメージ

光源波长
532 nm
物镜
100倍 (NA=0.90)
光谱数量
13,200 (400×33) 图像是其一部分
测定时间
16分钟

以上图像是CNT-FET(场效应型三极管)的拉曼成像。在电极间合成的CNT中,可以通过高空间分辨率(350nm)捕捉各种RBM分布的样子。对4种类型的RBM的峰值强度分布进行颜色区分,将分布的样子进行高清晰成像。
※本样品由东京大学的丸山茂夫教授提供。

 

对细微部分的RBM简单确认

  ▼ 各指定区域下的RBM峰值
各指定領域におけるRBMピーク

▼ G带强度分布
Gバンド強度分布

RBMピーク確認範囲
▲ RBM peak observed area

可以得知在①到⑧的指定区域内存在各种RBM峰值。


以上光谱是在拉曼图像内任意选择区域的平均拉曼峰值(图像内的8个色框)。通过观察RBM峰值的过度,可以得知不同手性的CNT相互重合,在电极间分布。在RAMANtouch软件中,可以通过点击和指定拉曼图像的任意区域,瞬间对指定范围的拉曼光谱进行确认。由于可以更换指定颜色,因此可以轻松地对不同位置区域的拉曼光谱进行比较。

 

关于CNT的拉曼光谱解说

右边的图表是碳纳米管的拉曼光谱。碳纳米管拉曼光谱的代表性特征是RBM(Radial Breathing Mode),D带,G带。通过这些峰值可以得知CNT的直径,手性,缺陷等信息。以下是对各个峰值的说明。

▼ CNT拉曼光谱的特征峰值
CNTのラマンスペクトルの特徴的なピーク(RBM、Dバンド、Gバンド)

 

什么是RBM (Radial Breathing Mode)?
RBM是SWNT向直径方向伸缩的模式。峰值出现在低波数(100~300 cm-1)一侧,其峰值位置ωRBM(cm-1)与SWNT的直径d(nm)有以下的关系式。如图所示,利用这些可以评价包含在样品中所含SWNT的直径。
d=248/ωRBM
碳纳米管中,可以观察到激发波长与物质的光迁移能力一致的情况下产生的共振拉曼散射。因此,为了全面观察不同碳纳米管的SWNT,有必要使用更多的激发波长来进行测定。


▼ RBM峰值和SWNT直径的对应

RBMピークとSWNTの直径の対応

 

什么是G带:
G带由六个碳原子构成的六边形面内分子振动,峰值在1590cm-1左右。碳纳米管可将G带分裂为G+和G-(G+对应的是CNT轴方向的纵波型,G-对应的是与轴相垂直的横波型)。G+不随CNT直径而变化,只出现在1590cm-1左右,G-频率是直径的平方成反比

什么是D带:
是来源于结构缺陷,出现在1350cm-1左右的峰值。G带与D带的强度对比(G/D比)被作为CNT中缺陷量的指标使用。可以判断CNT的G/D比越大缺陷越少,相反G/D比越小,缺陷越大。


▼ 关于CNT的G带与D带的解说

CNTのGバンドとDバンドのラマンスペクトル解説