물리학실험 | 라만분광법을 통한 그래핀의 광학특성 평가

 

 

 

TIP

 

 

흑연으로부터 물리적 박리법을 통해 단층 그래핀을 합성한 후, 라만 분광법을 통해 그래핀 시료를 평가해본다.

 

 

 

라만 분광법(Raman spectroscopy)

인도의 물리학자 찬드라 세카르 라만(C. V. Raman) 경이 단색광의 빛을 쪼여준 액체 시료로부터 입사된 단색광과 다른 파장의 빛이 산란되는 현상을 1928년 최초로 관찰하여 보고한 이래로 분광학 기술로 개발되고 체계화되어 현재는 IR 분광법(Infrared spectroscopy)과 함께 진동 모드의 변화를 추적함으로써 분자의 구조와 특성을 밝히는 진동분광학(Vibrational Spectroscopy)이란 학문영역의 독자적인 한 영역을 구축하고 있습니다.

 

즉, 라만 효과를 이용, 특정 분자에 레이저를 쏘았을때 그 분자의 전자의 에너지준위의 차이만큼 에너지를 흡수하는 사건을 통해 분자의 종류를 알아내는 방법이다. 그래서, 라만분광법은 레이저광과 같은 단색광을 쬐었을 때 포논진동수만큼의 차이가 있는 산란광을 측정하여 해당물질의 광학적 특성 및 포논특성을 알아내는 방법을 말한다.

 

이 라만 분광법은 원래 빛의 약한 라만 산란현상을 이용하였기 때문에 적외선분광법보다 먼저 태동을 하였으면서도 발전 속도가 느려 적외선분광법만큼 그 동안 많이 활용되지 못했는데, 광원으로써 출력이 좋은 레이저의 출현과 함께 급속도로 발전하여 지금은 여러 연구분야에서 각광을 받고 있는 진동분광학중의 하나입니다.

 

라만분광법은 진동운동을 하고 있는 분자에 단색광의 입사광을 쪼여줄 때 그 분자가 가지는 진동자들이 입사광의 에너지를 자신이 진동하는 에너지만큼 흡수, 방출, 또는 아무 변화 없이 그대로 통과시켜 입사광의 에너지와는 다른 3 가지 형태의 빛을 내놓게 되는데 이것이 라만산란현상의 기본이 됩니다.

 

 

 

그래핀

그래핀(Graphene)이란 탄소원자가 벌집모양의 육각형의 결정을 가진 탄소의 2차원적인 동소체를 의미한다. 그래핀은 구조적으로 지난 20여 년간 많은 관심을 가져온 탄소나노구조체의 기본구조로, 층층 쌓기를 하면 3차원구조의 흑연이 되고, 원기둥모양으로 말면 1차원의 탄소나노튜브 (Carbon Nanotube)가 되며 축구공 모양으로 말면 플러렌(Fullerene)이 된다.

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실험 방법

1. 그래핀의 물리적 박리

1) 흑연을 스카치 테이프를 사용해 약 40회 박리했다.

 

2) 1)번 과정에서 박리한 샘플을 실리콘 웨이퍼에 부착했다.

 

2. 라만을 통한 분석

1) 타이레놀 샘플을 통해 라만 분광기를 보정했다.

 

2) 레이저 세기, 반복 횟수 및 데이터 수집 모드를 설정한 후, 라만 분석했다.

 

 

 

[물리학실험]라만분광법을 통한 그래핀의 광학특성 평가 레포트