1. 2 Một số dạng cấu hỡnh phổ biến của vật liệu carbon
2.3. Cỏc mode dao động của ống nano carbon
Trong cỏc ống nano carbon đơn tường, hiệu ứng cộng hưởng xảy ra khi năng lượng của photon kớch thớch trựng với hiệu của cỏc mức năng lượng dao
động.
Năng lượng kớch thớch phải phự hợp với sự chuyển mức năng lượng trong khoảng 50-100 meV để thu được hiệu ứng cộng hưởng. Trong khi hiệu ứng
cộng hưởng là do tỏn xạ, số trạng thỏi của điện tử cũng gúp phần vào độ mạnh của tớn hiệu.
Hỡnh 2.4. Phổ tỏn xạ Raman của CNTs đa tường.[4]
+ Mode RBM: là dao động do cỏc nguyờn tử carbon dao động theo hướng hướng tõm của ống. Do vậy mode này được gọi là RBM (radial breathing mode) với tần số nằm trong khoảng 100 – 500 cm-1. Khi tần số của mode RBM phụ thuộc vào đường kớnh của ống nano carbon, tỏn hiệu từ cỏc ống khỏc nhau khụng chồng lờn nhau trong phổ Raman. Cường độ của mode RBM trở lờn yếu hơn khi đường kớnh của ống tăng. Và khụng cũn trụng thấy được khi đường kớnh ống lớn hơn 3 nm. Mode RBM nhạy với sự thay đổi của ỏp suất, mode này sẽ dịch về phớa tần số cao khi tăng ỏp suất.
Tất cả phổ Raman bậc 1 phụ thuộc vào chiều dài liờn kết của carbon- carbon. Tăng chiều dài sẽ làm cho cỏc mode dao động dịch về phớa tần số thấp.
+Mode D: cú tần số ở cỡ khoảng 1330 cm-1, được gọi là mode sai hỏng mạng, hay mất trật tự của mạng (disorder hay defect band), nú liờn quan đến tỏn xạ Raman cộng hưởng kộp. Mode D được tạo ra bằng quỏ trỡnh tỏn xạ gồm 1 tỏn xạ của phonon, và 1 tỏn xạ từ dao động đàn hồi của một sai hỏng mạng. Nếu tỏn xạ từ của sai hỏng mạng được thay thế bởi một phonon thỡ ta sẽ thu
được tớn hiệu Raman cú năng lượng gấp đụi năng lượng của phonon. Mode đú
được gọi là mode bậc 2 của D, gọi là mode G’, mode này thỡ khụng liờn quan
đến sai hỏng mạng.
+ Mode G cú tần số ở cỡ khoảng 1590 cm-1. Mode này do sự dao động trong mặt nguyờn tử carbon lõn cận trong mạng lục giỏc, bao gồm cả kộo dón và uốn của cỏc liờn kết carbon. Đỉnh này là do Graphene tạo thành, do vậy mà nú thường được gọi là mode G. Trong mode G cú 2 đỉnh khỏc nhau.
Đỉnh cú cường độ cao hơn sẽ tương ứng với dao động dọc theo trục của CNTs, đỉnh cú cường độ thấp hơn sẽ tương ứng với dao động ngang trục của CNTs. Nếu CNTs cú tớnh chất kim loại là chủ yếu thỡ, sẽ trờn phổ Raman, mode G sẽ cú một đỉnh cú cường độ thấp ở phớa tần số thấp, và 1 đỉnh cú cường độ
cao hơn ở phớa tần số cao. Và ngược lại, nếu CNTs cú tớnh chất bỏn dẫn, trong mode G sẽ cú 1 đỉnh cú cường độ cao ở tần số thấp và 1 đỉnh cú cường độ thấp ở
tần số cao [7].
Hỡnh 2.5. Một số mode dao động của CNTs, Hỡnh bờn trỏi: mode hướng
tõm, cỏc nguyờn tử dao động theo phương bỏn kớnh, hỡnh bờn phải: mode tiếp tuyến tương ứng với dao động dọc theo trục và xung quanh trục
Ta cú thể xỏc định được mức độ trật tự trong cấu trỳc của vật liệu CNTs qua tỷ số cường độ giữa mode D và mode G, ID/IG. Nếu ID/IG càng lớn thỡ chứng tỏ mẫu càng cú nhiều khuyết tật. Và ngược lại, nếu ID/IG càng nhỏ thỡ chứng tỏ
mẫu càng ớt cú khuyết tật. Sự khỏc nhau giữa ID/IG của mẫu CNTs chưa chiếu, và được chiếu bởi cỏc tia bức xạ khỏc nhau đó được nghiờn cứu bằng phương phỏp đo phổ Raman, từ đú đỏnh giỏ mức độ ảnh hưởng của cỏc nguồn bức xạ
lờn vật liệu sau khi được chiếu xạ. Nếu tỷ số ID/IG thấp đi và khụng thay đổi theo năng lượng laser thỡ CNTs cú chất lượng tốt, và ngược lại nếu tỷ số ID/IG cao lờn và khụng ổn định thỡ CNTs cú chất lượng bị giảm [9],[6].
2.4. Phổ kế raman 2.4.1. Cấu tạo của phổ kế Raman