一种探测石墨烯热涨落的有力手段

石墨烯自从被发现依赖其独特的力学，电学，热学等性质依然受到了科学家们的广泛关注。石墨烯泡，作为一种石墨烯的延伸结构，也是引起了人们浓厚的兴趣。人们通过各种方法来制备得到各种尺寸、形状的石墨烯泡。不过到目前为止，石墨烯泡额大小也就是几微米。因此人们对其相关性质的研究也就受到了其尺寸的限制。

韩国基础科学研究院低维碳材料中心的黄元博士（现已回中科院物理所工作）和王晓博士及其合作者通过用新型机械解理方法首次制备了超大的石墨烯泡。这种泡最大可以达到20μm，并不失稳定性。更为重要的是，通过制备出这种超大的石墨烯泡，很多隐藏在背后的专属的的奇特的物理现象才逐渐浮出水面。

在光学显微镜下，这种超大石墨烯泡可以展示出彩虹版的颜色，这种牛顿环一样的结果，也是首次在石墨烯泡的结构中被报道。这是由于在石墨烯泡和在基底上产生的两次反射所产生的光程差引起的。而且只有泡足够大，光程差才有可能满足 Δd = nλ，从而干涉增强产生牛顿环。

图1. 石墨烯气泡的示意图及光学显微镜照片

不过，这种石墨烯泡结构所表现的奇特性质远不止这些。通过拉曼二维成像的方法，他们发现了石墨烯气泡上，无论是G峰还是2D峰的强度和波数都呈现出明显的震荡行为。这是由于当激光穿过石墨烯气泡后，在基底上反射的光和入射光会形成波的叠加，产生驻波，进而导致在垂直基底的方向上存在振幅的极大值和极小值点。这种由于光的干涉导致的震荡会通过热效应反映到石墨烯气泡上，而拉曼光谱对于石墨烯的热效应非常敏感，因此可以作为一种探测石墨烯热涨落的有力手段。

图2. 石墨烯气泡的二维拉曼成像及中心截面的G峰峰位谱。

石墨烯的气泡结构可以为研究石墨烯的多种性质提供一个简单而重要的模型，通过测量石墨烯的气泡中的一些直接参数，可以准确的分析石墨烯的各种性质，比如热导率，和基底之间的相互作用能，杨氏模量等重要信息。该工作提出了一种制备石墨烯和其他层状材料气泡的方法，并且首次在石墨烯气泡上观察到拉曼震荡，同时还通过拉曼光谱的移动精确的计算出了石墨烯的热导率，为研究石墨烯及其他二维材料的许多性质提供了新的思路，未来通过气泡结构可以观测更多的二维材料的性质。

该工作发表在2018年5月3日的Physical Review Letters上《Raman Spectral Band Oscillations in Large Graphene Bubbles》，DOI： 10.1103/PhysRevLett.120.186104。第一作者黄元博士目前为中科院物理所副研究员，通讯作者为韩国基础科学研究院低维碳材料中心主任Rodney S. Ruoff教授。