摘要
石墨烯是一种新型二维碳材料，有着超高的电子迁移率、透光性、热导率、机械强度以及比表面积，是目前已知最为出色的材料之一。拉曼光谱作为研究石墨烯最基本的工具，可以准确高效地检测其层数、探测晶体结构、缺陷类型、载流子掺杂浓度、边界手性、电子能带结构、声子色散、电声子耦合强度等各方面的信息。本论文就是利用拉曼光谱来探测石墨烯超晶格的能带结构及研究石墨烯在不同衬底上的氢化。探测石墨烯超晶格的能带结构的工作将有助于更好地理解堆积方式对于石墨烯材料能带结构的影响。石墨烯在不同衬底上的氢化工作为未来利用石墨烯制备电子、光电子器件提供了一定的实验依据。 本论文除了介绍石墨烯的相关背景与应用，以及石墨烯的制备与表征技术外，重点展开了基于拉曼光谱探测四层石墨烯超晶格(RTLGS)的能带结构的研究。在机械剥离法制备两层石墨烯的过程中，我们发现有些伯纳尔堆积(Bernal stacking)的双层石墨烯(BLG)会以一定的旋转角折叠后堆积到自身上，顶部的两层石墨烯和底部的两层石墨烯之间的失配产生了一个周期性结构——旋转四层石墨烯超晶格(RTLGS)。经过研究发现，RTLGS的2D峰和2D'峰与伯纳尔堆积的BLG相似，2D峰和2D'峰都可以分别拟合为四个峰和两个峰。相比于伯纳尔堆积的BLG，我们在RTLGS中观察到了2D峰和2D'峰的蓝移，并且蓝移的程度取决于旋转角度。我们提出了一个能带结构模型来解释我们所观察到的拉曼现象。利用不同的激发波长，通过分析2D峰和2D'峰的产生机制我们探测了RTLGS的能带结构，给出了RTLGS中的一些电子态。本课题的研究将丰富对于堆积角度引起的石墨烯超晶格的能带结构的了解。 零带隙是制约石墨烯在电子器件领域应用的一个重要因素，氢化则是打开石墨烯带隙的一个有效方法。目前人们开展了关于石墨烯转移到Au, SiO2衬底及在SiC和过渡金属上生长的石墨烯的氢化的实验工作，但是在柔性衬底（如PDMS）上，石墨烯的氢化还没有相关的报道。我们利用拉曼光谱监测了石墨烯在PDMS衬底上及在SiO2/Si衬底上的氢化，发现在SiO2/Si衬底上，石墨烯更容易被氢化，在PDMS衬底上的石墨烯，衬底越坚硬的，石墨烯越难被氢化。石墨烯和衬底之间的相互作用力(范德华力)的强弱是造成这种现象的原因。通过这项工作，我们发现当把石墨烯转移到柔性衬底上时，应尽量避免在生长及转移过程中造成石墨烯和衬底间的预应变，这将有利于石墨烯的氢化。
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