1.2 Graphit

Ramanspektrum Graphit Einkristall

Graphit Einkristall, 10s Graphit Einkristall, 100s
raman-graphit-einkristall-01-(01P-02X-10s).eps raman-graphit-einkristall-03-(04P-03X-100s).eps
Graphit Einkristall 20s
raman-graphit-einkristall-02-(05P-06X-20s).eps

Um die Spektren vergleichen zu können, wird die Intensität auf Counts/s normiert, der Untergrund abgezogen und die Spikes (senkrechte Linien, die nicht reproduzierbar sind; sie stellen Fehler des CCD-Chips dar) entfernt.

Graphit Einkristall, parallel Graphit Einkristall, gekreuzt
raman-graphit-einkristall-04-(01P-05P-04P-korrigiert).eps raman-graphit-einkristall-05-(02X-06X-03X-korrigiert).eps
Mode Ordnung Frequenz $I_s^\perp$ $I_s^\shortparallel$
G 1 1583cm-1 36 36
G 2 3249cm-1 1 2
D 1 nicht vorhanden
D 2 2692cm-1 6 15

Ramanspektrum Ungeordnetes Graphit (Bleistiftmine)

Graphit, 40s Untergrund abgezogen
raman-graphit-01-(02X-03P-40s).eps raman-graphit-02-(02X-03P-korrigiert).eps
Graphit, 40s, parallel Graphit, 3min, mit Filter
raman-graphit-03-(03P-04P-05P-06P-40s).eps raman-graphit-06-(09P-10X-3min).eps
Bei diesen vier Messungen, die im Abstand von jeweils zwei Minuten erfolgt sind,
haben sich die Spektren verschoben. Wir haben dafür keine Erklärung.
Graphit, 30s Untergrund abgezogen
raman-graphit-04-(11X-12P-30s).eps raman-graphit-05-(11X-12P-korrigiert).eps

Depolarisationsraten

Bei amorphen Proben kann die Symmetrie der Moden indirekt unterschieden werden, indem man ihre sogenannte Depolarisationsrate misst. Die Depolarisationsrate einer phononischen Mode ist als Verhältnis der Ramanintensitäten bei gekreuzter und paralleler Polarisation definiert: $\rho=I_s^\perp/I_s^\shortparallel$. Für vollsymetrische Moden ergibt sich ein Wert zwischen 0 und $\frac 3 4$, für alle anderen Moden $\frac{3}{4}$.

Mode Ordnung Frequenz $I_s^\perp$ $I_s^\shortparallel$ $\rho$
G 1 1582cm-1 13.5 17.5 0.77
G 2 3245cm-1 nicht vergleichbar
D 1 1334cm-1 8 22 0.36
D 2 2688cm-1 7 17.5 0.40

Man sieht also, dass die D-Mode vollsymmetrisch ist (0 < 0.36 < 0.75 bzw. 0 < 0.40 < 0.75) und die G-Mode nicht (0.77 $\cong$ 0.75).

Grad der Kristallordnung

Graphit hat wegen seiner unterschiedlichen Bindungen (in der Graphen-Ebene kovalente Bindungen und senkrecht dazu van-der-Waals Bindung) zwei sehr unterschiedliche Raman-aktive Moden. Es gibt eine bei 1580cm-1, die andere liegt bei etwa 42cm-1 und kann in dem verwendeten Aufbau nicht gemessen werden.
Ungeordnetes Graphit (Bleistiftmine) hat bei 1350cm-1 noch eine weitere Mode, die durch einzigartige doppelresonate Verstärkung verbotener phononischer Banden (vgl.1) entsteht. Da diese Mode durch Defekte im Kristall verursacht wird, ist seine Intensität ein Maß für die Geordnetheit. Beim Graphit-Einkristall ist diese Mode wegen der perfekten Symmetrie nicht zu erkennen.

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