1.7.1　圖像類表征

在文獻［129］中，研究人員通過特定波長的電磁波照射石墨與300nm厚度的硅襯底復合結構，觀察反射光的光強，通過顏色、對比度區(qū)分石墨烯的層數(shù)。其原理主要是不同層數(shù)的石墨烯及襯底對入射光具有不同的干涉效果，于是反射光就產生了不同的強度，因此在光學顯微鏡里可以分辨石墨烯的層數(shù)［213］，如圖1.16所示。英國曼徹斯特大學A.K.Geim課題組設計了一種孔縫結構，將石墨烯覆蓋在孔縫表面，通過不同區(qū)域內的傳輸譜來表征石墨烯層數(shù)。

掃描電子顯微鏡是一種更加精密的儀器，通過它可以觀察到石墨烯表面的細節(jié)，在圖像中深色區(qū)域的石墨烯層數(shù)比較多，淺色區(qū)域的石墨烯層數(shù)比較少。并且，單層石墨烯位置的褶皺比較多，會因二維材料的不穩(wěn)定性而趨于轉換為三維形態(tài)，而多層石墨烯則比較平滑。

原子力顯微鏡是圖像表征類中最為先進的手段。其原理是利用原子探針慢慢靠近或者接觸被測樣品的表面，當探針與樣品表面的距離減小到一定程度后，原子之間的相互作用力將迅速上升，由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，從而獲得樣品表面形貌特征［214］。對于石墨烯而言，原子力顯微鏡可以觀測到不同的厚度及橫向尺寸信息。例如，文獻［215］中將經(jīng)過超聲剝離的氧化石墨烯附在云母片等基底上，用原子力顯微鏡觀察到的圖像如圖1.17所示，其高度的剖面對應樣品的兩個點，高度差即是石墨烯的厚度。

圖1.16　傳輸矩陣法計算不同層數(shù)的石墨烯（石墨）與襯底構成的干涉，對于465nm厚度硅襯底和不同層數(shù)石墨烯計算而得的反射譜，其中深色區(qū)域對應了結構對入射光的強吸收［213］

圖1.17　氧化石墨烯的原子力顯微鏡圖像及沿著參考線測量出的樣品高度截面圖［215］

這里需要指出的是，石墨烯的層數(shù)過多后將不具備二維材料的特征，更加趨近于三維材料（石墨）性質，具體而言，當層數(shù)達到10時，便可以認為不再是石墨烯［216］。