石墨烯通常被描述为最终导体，这要归功于其柔韧性和出色的导电性。然而，研究表明，石墨烯的电学和结构质量密切相关，表面波纹引起的纳米级晶格变形限制了石墨烯中电子的迁移率。因此，控制石墨烯片材的平整度是制造用于电子设备的高质量石墨烯层的基础 – 并且使用简单快速的方法测量该参数的可能性是一个主要的技术优势。此外，由石墨烯旗舰公司开创并由国际电工委员会（IEC）发布的石墨烯平整度检测新标准将加快单层石墨烯的制造和实施。
用于测量石墨烯平整度的方法是拉曼光谱，这是石墨烯研究的标准工具。这种技术是快速的，非破坏性的并且很好理解，特别是如果被评估的样品由单层石墨烯组成。它允许区分单层和少层石墨烯，并有助于确定石墨烯的掺杂，机械应变的量和晶格中的缺陷。2015年，德国亚琛工业大学的石墨烯旗舰研究员Christoph Stampfer表明，拉曼光谱还包含有关石墨烯片中纳米级应变变化量的明确信息，与平坦度直接相关。
这一发现是在一个非常合适的时间出现的，因为就在前一年，纳米尺度的应变变化已被确定为无缺陷石墨烯中电子散射的主要来源。”很明显，这一结果有可能为石墨烯的应变均匀性设定国际公认的标准的基础，”国际标准咨询有限公司的Norbert Fabricius说。
当时，Fabricius领导了石墨烯旗舰标准化委员会，这是一个专家团队，负责科学发现和建立国际标准之间的漫长过程。结果提供了一个定义明确的配方，可以使用扫描共聚焦拉曼映射来生成”应变均匀性参数”。该测量基于对单层石墨烯产生的特征2D峰的线宽的统计解释，
“应变均匀性参数是量化纳米级应变变化对层的电子特性的影响的品质因数。它给出了表征石墨烯的电子性能的上限。因此，它可以帮助制造商对其材料进行分类，并确定它是否可能适用于各种应用，”Fabricius解释说。
新标准由EIC于2021年10月发布，代表了石墨烯旗舰标准化委员会支持的工作的一个很好的例子，该委员会目前由德国石墨烯旗舰合作伙伴卡尔斯鲁厄理工学院的Thurid Gspann担任主席。”标准必须满足不同利益相关者的不同需求：研究人员，制造商和买家，”Gspann说。”在委员会中，我们调解不同参与者之间的讨论，以就标准的规范达成共识，我们支持构成标准支柱的科学工作，并且我们与国际组织（如国际标准化组织（ISO）或IEC等国际组织建立联系。
来自石墨烯旗舰合作伙伴亚琛工业大学（RWTH Aachen）的Christoph Stampfer是这种新标准测量技术的先驱，他说：”在我看来，这个故事中最大的优点归功于我们小组的两名学生Christoph Neumann，他们意识到拉曼光谱在测量纳米级应变波动方面的潜力，并启动了标准所需的工作， 还有Jens Sonntag，他拿起了同样的工作，并把它推到了最后阶段。
为了表彰他们在标准化方面的工作，所有三位石墨烯旗舰研究人员 – Stampfer，Neumann和Sonntag – 现在都获得了石墨烯旗舰标准化委员会的”标准化证书”，以撰写石墨烯国际标准。
“既定标准可以提高效率，降低风险和成本，并促进创新。该特定标准将允许制造商证明其材料原则上适用于关键取决于石墨烯电子质量的应用，例如高频晶体管和宽带接收器。这可以加速此类设备在市场上的出现，”Gspann说。
石墨烯旗舰产品创新主管Kari Hjelt补充说：”石墨烯旗舰将其大部分资源用于石墨烯产品的商业化。这需要可靠的材料和解决方案以及行业信任，这两者都得到了国际标准的推动，就像Stampfer测量石墨烯平整度的方法刚刚获得的标准一样。我相信，我们的石墨烯旗舰标准化委员会的工作将继续取得成果，并最终加快石墨烯和相关材料的早期采用。
引用
- Jorio, R. Saito, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, „Raman Spectroscopy in Graphene Related Systems”, Wiley-VCH Verlag GmbH (2011).
- C. Ferrari, D. M. Basko, “Raman spectroscopy as a versatile tool for studying the properties of graphene”, Nature Nanotechnology 8, 235 (2013).
- Neumann, S. Reichardt, P. Venezuela, M. Drögeler, L. Banszerus, M. Schmitz, K. Watanabe, T. Taniguchi, F. Mauri, B. Beschoten, S. V. Rotkin, and C. Stampfer, “Raman spectroscopy as probe of nanometer-scale strain variations in graphene”, Nature Communications 6, 8429 (2015).
- J. G. Couto, D. Costanzo, S. Engels, D.-K. Ki, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Stampfer, F. Guinea, A. F. Morpurgo, “Random Strain Fluctuations as Dominant Disorder Source for High-Quality On-Substrate Graphene Devices”, Phys. Rev. X 4, 041019 (2014).
- IEC TS 62607-6-6 “Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-6: Graphene – Strain uniformity: Raman spectroscopy” https://webstore.iec.ch/publication/34162.
