單壁碳納米管（Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNT）以其獨(dú)特的電子、力學(xué)和熱學(xué)性能，在鋰電導(dǎo)電劑、導(dǎo)電復(fù)合材料、柔性電子器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，SWCNT的性能高度依賴其微觀結(jié)構(gòu)：管徑、金屬性/半導(dǎo)體性、缺陷密度及分散均勻性直接決定材料的宏觀表現(xiàn)。如何實(shí)現(xiàn)快速、無(wú)損且具有結(jié)構(gòu)分辨能力的檢測(cè)，是研發(fā)與規(guī)?；a(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。

在眾多表征技術(shù)中，拉曼光譜因其對(duì)sp2碳結(jié)構(gòu)高度敏感，已成為單壁碳納米管分析的核心手段之一。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32871-2016 單壁碳納米管表征 拉曼光譜法》中，已明確將拉曼光譜作為單壁碳納米管表征方法。

圖1.單壁碳納米管（圖源來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

在碳納米管相關(guān)GB/T標(biāo)準(zhǔn)中，拉曼光譜被用于：

★單壁碳納米管的直徑計(jì)算

★單壁碳納米管的導(dǎo)電類(lèi)型(半導(dǎo)體性/金屬性)分析

★單壁碳納米管樣品中的無(wú)定形碳及缺陷含量分析

1??SWCNT直徑與導(dǎo)電類(lèi)型分析——徑向呼吸模（RBM）

單壁碳納米管在低波數(shù)區(qū)（約100–300 cm?1）會(huì)出現(xiàn)徑向呼吸模（RBM），RBM峰與管徑呈反比關(guān)系：

其中，ωRBM為呼吸膜頻移，d為單壁碳納米管直徑，A和B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

通過(guò)RBM峰位即可計(jì)算SWCNT的直徑。管徑大小直接影響電子和力學(xué)性能：小直徑管電子受量子限制更明顯，半導(dǎo)體性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)完整且拉伸強(qiáng)度高；大直徑管金屬性比例增高，容易出現(xiàn)缺陷或變形。

RBM還可用于判斷導(dǎo)電類(lèi)型。結(jié)合激發(fā)激光能量和類(lèi)Kataura plot，可以區(qū)分半導(dǎo)體型與金屬性SWCNT，并對(duì)小直徑管進(jìn)一步確定手性結(jié)構(gòu)。若G帶出現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)的BWF線型，通常表明樣品中存在金屬性SWCNT。

圖2.單壁碳納米管管徑表征

2??無(wú)定形碳及缺陷含量分析——質(zhì)量與可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)

在單壁碳納米管的制備過(guò)程中，難免會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷或混入無(wú)定形碳，這會(huì)破壞管壁的規(guī)則 sp2 排列，降低電子傳輸效率并影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。缺陷多會(huì)增強(qiáng)電子散射，降低電導(dǎo)率并削弱長(zhǎng)期穩(wěn)定性；無(wú)定形碳多則會(huì)降低純度，影響材料在基體中的分散和界面結(jié)合。

拉曼光譜中，D峰正是反映缺陷與無(wú)定形碳的重要信號(hào)：D峰由缺陷參與的雙共振散射產(chǎn)生，無(wú)定形碳會(huì)使D峰變寬，缺陷較少的單壁碳納米管D峰較窄。通過(guò)D峰與G峰的強(qiáng)度比（ID/IG），可以直觀評(píng)估樣品的缺陷密度和無(wú)定形碳含量，從而判斷材料的結(jié)構(gòu)完整性和純度。

圖3.單壁碳納米管缺陷評(píng)估