Graphene Raman Analyzer: Carbon Nanomaterials Characterization

Význam tématu

Ramanova spektroskopie je klíčová pro rychlou a přesnou charakterizaci uhlíkových nanomateriálů, jako jsou graphene, grafit, uhlíkové nanotrubice a uhlíkový černý. Díky analýze vibračních módů poskytuje cenné informace o krystalinitě, struktuře vrstev a poruchách materiálu, což je zásadní pro kontrolu kvality a optimalizaci výrobních procesů velkoobjemové produkce.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo demonstrovat schopnosti přenosného Ramanova analyzátoru i-Raman Pro HT pro vysokoprůchodovou charakterizaci různých forem uhlíkových nanomateriálů. Autoři zkoumali:

• šest vzorků práškového graphene naneseného na povrchových deskách,
• dva vzorky uhlíkových nanovláken,
• čtyři vzorky amorfního uhlíkového černého.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byl použit přenosný Ramanův spektrometr i-Raman Pro HT s 532nm laserem, vláknovým optickým sondou a chlazeným CCD detektorem. Software BWSpec umožnil konfiguraci parametrů sběru dat, automatické odečítání intenzit vrcholů a výpočet poměrů ID/IG a šířek FWHM v reálném čase i off-line.

Hlavní výsledky a diskuse

Ve spektrálních datech byly identifikovány tři hlavní pásy: D-pás (okolo 1350 cm−1) indikující strukturální poruchy, G-pás (okolo 1582 cm−1) charakterizující sp2 vazby a 2D-pás (okolo 2700 cm−1) odrážející počet vrstev graphene.

• Graphene prášky: ID/IG poměry ukázaly nejvyšší poruchovost u vzorku #6 (0,4665) a nejnižší u vzorku #2 (0,0635). Vzorky #1–#3 a #5 vykazovaly vysokou krystalinitu a definované 2D-pásy, vzorek #4 vykazoval širší G-pás (FWHM 15,67 cm−1) než #5 (14,48 cm−1).
• Uhlíková nanovlákna a černý: Nanovlákno #1 mělo vysoký stupeň poruch (průměrný ID/IG 1,3654), nanovlákno #2 bylo relativně uspořádanější (0,4706). Černé vzorky vykazovaly ID/IG mezi 0,5557 a 0,7667. Spektra také potvrdila přítomnost Fe2O3 hematitu v nanovláknových vzorcích díky pásům kolem 213 a 280 cm−1.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• rychlou at-line nebo on-line kontrolu kvality nátěrových vrstev graphene, nanovláken a černého,
• monitorování výrobního procesu v reálném čase,
• automatizované vyhodnocení parametrů ID/IG a FWHM bez nutnosti odborné interpretace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj integrace Ramanovy sondy do výrobních linek, vylepšení softwarových algoritmů pro automatizovanou analýzu, rozšíření spektrálního rozsahu na další allotropy uhlíku a kombinace s dalšími technikami (např. infračervená spektroskopie nebo chemometrie).

Závěr

Přenosný Ramanův analyzátor i-Raman Pro HT prokázal schopnost rychle a spolehlivě charakterizovat různé uhlíkové nanomateriály. Díky automatizovanému výpočtu klíčových parametrů umožňuje efektivní kontrolu kvality a procesní monitoring ve velkoobjemových výrobních podmínkách.

Reference

• 1. Ahn C., Fong S. W., Kim Y., Lee S., Sood A., Neumann C. M., Asheghi M., Goodson K. E., Pop E., Wong H. S. P. (2015) Nano Letters, 15, 6809–6814.
• 2. Hegab H., Zou L. (2015) Journal of Membrane Science, 484, 95–106.
• 3. Luo C., Xie H., Wang Q., Luo G., Liu C. (2015) Journal of Nanomaterials, 2015, 1–10.
• 4. Mo Y. L., Roberts R. H. (2013) Carbon Nanofiber Concrete for Damage Detection of Infrastructure. In: Advances in Nanofibers. InTech.
• 5. Deloitte Global analysis (2015) TMT Predictions.
• 6. Childres I., Jauregui L. A., Park W., Cao H., Chen Y. P. (2013) New Developments in Photon and Materials Research, pp. 1–20.
• 7. Ferrari A. C. (2007) Solid State Communications, 143, 47–57.
• 8. Nemanich R. J., Solin S. A. (1979) Physical Review B, 20(2), 392–401.