Estimation of graphene layers number and defectiveness of few-layered graphene particles by Raman spectroscopy

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of the present work is to develop methods for assessing the quality of aqueous suspensions of few-layered graphenes using Raman spectroscopy technique. Aqueous suspensions of few-layered graphene particles were manufactured by direct exfoliation of natural graphite under with ultrasound in the presence of surfactants. An experimental assessment of the effectiveness of different methods of Raman spectroscopy data analysis in order to determine the average number of graphene layers and the defectiveness of few-layered graphene particles was carried out. It is concluded that it is possible to determine the average number of graphene layers in aqueous suspensions of few-layer graphene particles based on the ratio of integral intensities and the position of the G and 2D peaks. Additionally, it is proposed to use the ratio of the peaks of the integrated intensities of peaks D and G as a parameter characterizing the defectiveness of particles of few-layered graphenes. Examples are given of using this approach to assess the quality of graphene samples obtained using various technologies via averaged distribution functions of the number of layers in particles and the ID/IG ratio. It was shown that samples with minimal amount of layers had minimal particle size and high defectivity, while samples with higher number of layers had larger particle size with low defectivity. 

About the authors

Nataliya N. Goncharova

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Email: NNiGoncharova@rosatom.ru
ORCID iD: 0009-0003-6722-1246

Head of the Laboratory

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

Vladimir M. Samoilov

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Author for correspondence.
Email: VMSamoylov@rosatom.ru
ORCID iD: 0000-0002-9861-905X

D. Sc. (Eng.), Professor, Chief Researcher

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

Viktoriya A. Elchaninova

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Email: viaelchaninova@rosatom.ru
ORCID iD: 0009-0006-3167-8924

Researcher

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

Anastasiya V. Nakhodnova

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Email: AVNakhodnova@rosatom.ru

Cand. Sc. (Eng.), Head of the Testing Center

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

Egor A. Danilov

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Email: egadanilov@rosatom.ru
ORCID iD: 0000-0002-1986-3936

Cand. Sc. (Chem.), Head of the Laboratory

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

Konstantin A. Tarasov

NIIgraphite – Research and Development Institute of Graphite-Based Structural Materials

Email: KoATarasov@rosatom.ru
ORCID iD: 0009-0006-2942-6365

Engineer

Russian Federation, 2, Electrodnaya St., Moscow, 111524

References

  1. Tuinstra F, Koenig JL. Raman spectrum of graphite. Journal of Chemical Physics. 1970;53(3):1126-1130. doi: 10.1063/1.1674108
  2. Cançado LG, Takai K, Enoki T, Endo M, et al. Measuring the degree of stacking order in graphite by Raman spectroscopy. Carbon. 2008;46(2):272-275. doi: 10.1016/j.carbon.2007.11.015
  3. Ferrari AC, Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Physical Review B. 2000;61(20):14095-14107. doi: 10.1103/PhysRevB.61.14095
  4. Ferrari AC, Meyer JC, Scardaci V, Casiraghi C, et al. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical Review Letters. 2006;97(18). doi: 10.1103/PhysRevLett.97.187401
  5. Wu JB, Lin ML, Cong X, Liu HN, Tan PH. Raman spectroscopy of graphene-based materials and its applications in related devices. Chemical Society Reviews. 2018;47(5):1822-1873. doi: 10.1039/C6CS00915H
  6. Das A, Chakraborty B, Sood AK. Raman spectroscopy of graphene on different substrates and influence of defects. Bulletin of Materials Science. 2008;31(3):579-584. doi: 10.1007/s12034-008-0090-5
  7. Gupta A, Chen G, Joshi P, Tadigadapa S, Eklund PC. Raman scattering from high-frequency phonons in supported n-graphene layer films. Nano Letters. 2006;6(12):2667-2673. doi: 10.1021/nl061420a
  8. Zhu W, Dimitrakopoulos C, Freitag M, Avouris P. Layer number determination and thickness-dependent properties of graphene grown on SiC. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2011;10(5):1196-1201. doi: 10.1109/TNANO.2011.2130536
  9. Graf D, Molitor F, Ensslin K, Stampfer C, et al. Spatially resolved Raman spectroscopy of single- and few-layer graphene. Nano Letters. 2007;7(2):238-242. doi: 10.1021/nl061702a
  10. Holmi J. Determining the number of graphene layers by Raman-based Si-peak analysis. Available from: https://core.ac.uk/download/pdf/80719206.pdf [Accessed 11 March 2024]
  11. Kumar V, Kumar A, Lee DJ, Park SS. Estimation of number of graphene layers using different methods: a focused review. Materials. 2021;14. doi: 10.3390/ma14164590
  12. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Eklund PC. Raman scattering in fullerenes. Journal of Raman Spectroscopy. 1996;27(3-4):351-371. doi: 10.1002/(SICI)1097-4555(199603)27:3/4<351::AID-JRS969>3.0.CO;2-N
  13. Kuzmany H, Pfeiffer R, Hulman M, Kramberger C. Raman spectroscopy of fullerenes and fullerene-nanotube composites. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2004;362(1824):2375-2406. doi: 10.1098/rsta.2004.1446
  14. Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Jorio A, Souza Filho AG, Saito R. Raman spectroscopy on isolated single wall carbon nanotubes. Carbon. 2002;40(12):2043-2061. doi: 10.1016/S0008-6223(02)00066-0
  15. Wang Y, Vasileva D, Zustiak SP, Kuljanishvili I. Raman spectroscopy enabled investigation of carbon nanotubes quality upon dispersion in aqueous environments. Biointerphases. 2017;12(1). doi: 10.1116/1.4978922
  16. El-Mashtoly SF. 2nd ed. Confocal Raman Microscopy. In: Toporski J, Dieing Th, Hollricher O. (eds.) New York: Springer; 2018. 596 p. doi: 10.1017/S1431927619014880
  17. Kovtun A, Treossi E, Mirotta N, Scida A, et al. Benchmarking of graphene-based materials: real commercial products vs. ideal graphene. 2D Materials. 2019;6:025006. doi: 10.1088/2053-1583/aafc6e

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».