[发明专利]一种调控和表征石墨烯带隙的方法及装置

权利要求书

1.一种调控和表征石墨烯带隙的方法，其特征在于，对石墨烯进行溴蒸气或碘蒸气掺杂，石墨烯吸附溴蒸气或碘蒸气表面产生吸收心，吸收心与石墨烯之间将发生电荷转移，吸收心与石墨烯之间的电荷转移影响石墨烯的费米能级，通过控制掺杂溴蒸气或碘蒸气的体积调控石墨烯的费米能级；石墨烯拉曼光谱G峰位置表征了吸收心与石墨烯之间电荷迁移的程度，G峰峰值位置的移动和带隙成线性关系，在线监测石墨烯掺杂前和掺杂后的石墨烯拉曼光谱G峰频移，实现石墨烯带隙的表征，其步骤如下：

步骤一：将石墨烯样本放置在密封玻璃空腔中，打开He-Ne激光，通过分光镜和透镜使He-Ne激光聚焦到石墨烯样品的表面；

步骤二：利用光谱仪在线测量石墨烯样品掺杂前的拉曼光谱，并将测得的数据传给计算机控制系统，计算机控制系统进行记录；

步骤三：对放置在密封玻璃空腔中的石墨烯样品进行溴蒸气或碘蒸气的掺杂，并放置一段时间；

步骤四：光谱仪在线测量掺杂后石墨烯的拉曼光谱，并将测得的数据传给计算机控制系统，计算机控制系统进行记录；

步骤五：计算机控制系统根据光谱仪测量的掺杂前后石墨烯拉曼光谱G峰峰值计算石墨烯拉曼光谱G峰峰值位置频移，根据石墨烯拉曼光谱G峰峰值位置频移和带隙的函数关系计算石墨烯带隙E_F，并显示在计算机控制系统上；其中，为掺杂前后石墨烯拉曼光谱G峰峰值的位置频移，cm^-1eV^-1是耦合系数42的单位。

2.根据权利要求1所述的调控和表征石墨烯带隙的方法，其特征在于，所述石墨烯样品进行溴蒸气或碘蒸气的掺杂后放置的时间是8-12分钟。

3.一种调控和表征石墨烯带隙的装置，其特征在于，包括He-Ne激光器（1）、第一全反镜（2）、第二全反镜（3）、第一分光镜（4）、第二分光镜（5）、透镜（6）、石墨烯样品（7）、第三全反镜（8）、滤光片（9）、光谱仪（10）、CCD（11）、同步控制器（12）、计算机控制系统（13）和路由器（14），所述He-Ne激光器（1）的光路上设有第一全反镜（2），第一全反镜（2）的反射光路上设有第二全反镜（3），第二全反镜（3）的反射光路上设有第一分光镜（4），第一分光镜（4）的分光光路上分别设有CCD（11）和第二分光镜（5），第二分光镜（5）的分光光路上分别设有透镜（6）和第三全反镜（8），透镜（6）与石墨烯样品（7）相连接，CCD（11）与路由器（14）相连接，路由器（14）与计算机控制系统（13）相连接；所述第二分光镜（5）与第三全反镜（8）相连接，第三全反镜（8）的反射光路上设有滤光片（9）和光谱仪（10），光谱仪（10）与路由器（14）、同步控制器（12）相连接；所述同步控制器（12）分别与CCD（11）、He-Ne激光器（1）、石墨烯样品（7）、计算机控制系统（13）相连接；

所述He-Ne激光器（1）是发出波长为632.8nm的He-Ne激光器，第一全反镜（2）和第二全反镜（3）是对波长为632.8nm的光全反射的全反镜；所述第一分光镜（4）是对自右向左的波长为632.8nm的光全透、对自左向右的波长为632.8nm的光全反的分光镜；所述第二分光镜（5）是对波长为632.8nm的光全反、对其它波长的光全透的分光镜；

所述CCD（11）为光电探测器，CCD（11）的像素为1280×1024。

4.根据权利要求3所述的调控和表征石墨烯带隙的装置，其特征在于，所述石墨烯样品（7）是放置在密封的透明玻璃空腔中的多层石墨烯，石墨烯样品（7）是采用化学气化沉积法生长在铜片上，然后机械转移到CaF玻璃基体上的石墨烯。

5.根据权利要求3所述的调控和表征石墨烯带隙的装置，其特征在于，所述滤光片（9）是对波长高于632.8nm的光截止、对波长低于632.8nm的光透过的滤光片；所述光谱仪（10）为测量波段包含633±50nm的光谱仪。

6.根据权利要求4所述的调控和表征石墨烯带隙的装置，其特征在于，所述透明玻璃空腔根据计算机控制系统（13）输出的具体指令通过同步控制器（12）自动注入所需体积的溴蒸气和碘蒸气对石墨烯样品（7）进行物理掺杂。

7.根据权利要求5所述的调控和表征石墨烯带隙的装置，其特征在于，其工作过程为：所述He-Ne激光器（1）发出的激光脉冲经第一全反镜（2）反射后进入第二全反镜（3），经第二全反镜（3）反射后进入第一分光镜（4），透过第一分光镜（4）的光经第二分光镜（5）反射，经透镜（6）聚焦在放置在玻璃空腔中的石墨烯样品（7）的表面，经石墨烯样品（7）表面反射的光经第二分光镜（5）分光，一束经第一分光镜（4）反射进入CCD（11），CCD（11）实时记录石墨烯样品（7）表面的图像，并将记录的图像送给计算机控制系统（13），用于观察He-Ne激光是否聚焦在石墨烯表面；经第二分光镜（5）分光的另一束反射光入射到第三全反镜（8），经全反镜（8）反射后，通过滤光片（9）进入光谱仪（10），光谱仪（10）采集石墨烯拉曼光谱的数据，并将数据通过路由器（14）传送给计算机控制系统（13）进行实时处理，计算机控制系统（13）根据石墨烯拉曼光谱G峰峰值位置和带隙的函数关系计算石墨烯带隙并显示；同时根据用户的实际需求通过同步控制器控制掺杂溴蒸气或碘蒸气的体积，调节CCD（11）和He-Ne激光器（1）的方位。