石墨烯的G峰與長波光學聲子相關，對外界環境的變化響應靈敏。當石墨烯所處的外界溫度發生變化時，其G峰峰位也會隨之而發生變化。圖1a、1b分別為單、雙層石墨烯的拉曼G峰位移隨外界溫度的變化關系。從圖中可以看出，在所測量的溫度范圍內，當溫度升高時，石墨烯的拉曼G峰向低波數位移，與溫度成線性關系。盡管G峰位移隨樣品所處溫度向低波數位移，但其半峰寬在所測量溫度范圍內并未發生變化。

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圖1?單層(a)和雙層(b)石墨烯拉曼G峰峰位的溫度依賴性、單層和三層石墨烯 (c)G峰(d)G’峰位移隨應力的變化關系。(e)單層石墨烯G’峰在應力作用下的裂分現象

石墨烯的拉曼特征峰對應力有著更加豐富的響應。圖1c，1d為單層和三層石墨烯的G峰和G’峰位移隨應力的變化關系。可以看出，當石墨烯受到應力作用時，其G峰和G’峰均向低波數位移，與所受應力成線性關系。當應力釋放之后，其特征峰頻率會藍移回其未受應力之時的峰位(如圖1d中綠點所示)，即在一定條件下，應力對石墨烯拉曼位移的影響是可逆的，應力作用下石墨烯拉曼特征峰的紅移可以歸結于其碳-碳鍵的拉伸。

進一步研究證明，石墨烯在受到拉伸應力時，拉曼特征峰向低波數位移，而在壓縮應力下，則會由于碳原子間距離的減小而向高波數位移。圖1e為不同方向的應力作用下單層石墨烯的拉曼G’峰，其中A-strain和Z-strain分別表示應力方向沿著石墨烯的armchair和zigzag晶格方向，左圖中，藍線和紅線分別為激光偏振方向沿著armchair和zigzag方向時的拉曼光譜，右圖為激光偏振方向與zigzag方向成50°時的拉曼譜圖。當石墨烯受到應力作用時，G’峰發生裂分，隨著應力的增大均向低波數方向位移，且位移速率有所不同。

研究表明，當石墨烯受到1%左右的拉伸應力時會產生約300meV的帶隙，因此可以通過施加應力對石墨烯的帶隙進行可控調節，從而使其在電子器件方面得到更加廣泛的應用。

在石墨烯的拉曼光譜研究中，激光通過光學顯微鏡的物鏡聚焦到石墨烯表面，會產生一定的熱效應，進而會對石墨烯的拉曼光譜產生影響。因此，通過測量不同激光功率下石墨烯拉曼G峰的位移，利用其對溫度的敏感性可以得知樣品表面的局域溫度變化，從而計算其熱導率。圖2a給出了單層石墨烯G峰位移的變化值對樣品表面總吸收功率的依賴關系。根據圖中數據計算出，室溫下懸空的單層石墨烯樣品的熱導率平均值集中在(4.84±0.44)×10³～(5.30±0.48)×10³W/m?K，石墨烯的這一熱導率可以跟碳納米管相比擬,使得其有望作為熱控材料應用在光電子學以及生物工程學領域中。

上述計算結果基于以下兩個假設：

(1) 激光誘發的熱點遠小于懸空的石墨烯尺寸；

(2) 這一熱點與石墨烯的寬度相比擬。

這樣就忽略了從石墨烯到SiO₂基底上的熱損失，認為在刻痕兩邊SiO₂基底上的單層石墨烯的熱導率與懸空部分相同。但研究表明，SiO₂基底上石墨烯的熱導率明顯小于懸空的石墨烯。

因此通過改進實驗方法，研究者們更準確地測量到CVD生長的大面積單層石墨烯在SiO₂基底上的熱導率為(370＋650/－320)W/(m?K)，懸空的石墨烯在350K和500K時熱導率分別為(2500＋1100/－1050)和(1400＋500/－480)W/(m?K)。

圖2?a)機械剝離的懸空的單層石墨烯的拉曼G峰峰位對樣品上功率改變值的依賴性。(b)室溫下，CVD生長的單層石墨烯在SiO₂基底上與懸空時的拉曼G峰位移和樣品上所測量的溫度隨著激光功率的變化關系。

由于石墨烯在SiO₂/Si基底上的光學可見性，大多數對石墨烯拉曼光譜的研究都是在此基底上實現的。然而，不同的基底適用于不同的應用研究，對石墨烯與基底之間的相互作用有一個清晰透徹的理解對于發展石墨烯的潛在應用和器件加工是至關重要的。

圖3給出了不同基底上單層石墨烯的拉曼光譜，表1總結了在這些基底上其特征拉曼G峰和G’峰的峰位和半峰寬。可以看出，在SiO₂/Si、石英、PDMS、Si、玻璃和NiFe基底上石墨烯的G峰峰位和半峰寬接近，分別為(1581±1)和(15.5±1) cm^－1，這一微小差異在電子、空穴摻雜而引起的波動范圍之內，說明機械剝離的石墨烯與基底的相互作用較弱，不會影響其物理結構，G峰產生于長波光學聲子，面外振動不會與面內振動相耦合。

而SiC基底上外延生長的單層石墨烯(EMG)的G峰與G’峰的強度比明顯不同于機械剝離的樣品，且分別向高波數位移約11和34cm^－1，這是基底引起的應力效應所致，在EMG與SiC基底之間存在一層具有蜂窩狀晶格結構的碳原子，以共價鍵形式與基底相結合，改變了基底的晶格常數與電學特性，正是石墨烯與這一碳層之間的晶格錯配對EMG產生的壓縮應力導致其拉曼G峰的位移。

表1同時也給出了單層石墨烯在不同晶面的藍寶石和透明導電薄膜ITO基底上的拉曼特征信息。在藍寶石(0001)晶面上單層石墨烯的G峰較其他晶面上有明顯的藍移，這是由于石墨烯與不同晶面的藍寶石基底界面處的水分子局域密度不同，這一水層對石墨烯空穴摻雜引起其G峰藍移程度的不同。與此相反，ITO基底上單層石墨烯的G峰和G’峰有明顯的紅移，說明ITO基底上單層石墨烯的晶格常數有所增加，但是產生這一現象的原因目前尚不明確。

圖3 ?不同基底上單層石墨烯的拉曼光譜

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表1單層石墨烯在不同基底上的拉曼G峰和G’峰的峰位與半峰寬

[1]? 吳娟霞，徐華，張錦.拉曼光譜在石墨烯結構表征中的應用[J].化學學報，2014(03):301-318.

[2]? Balandin, A.A.,et al. Superior thermalconductivity of single-layer graphene[J]. Nano Letters, 2008, 8: 902-907.