说明：本文华算科技主要讲解拉曼光谱中D峰与G峰的核心知识，理清二者定义、位置、物理起源及信息内涵，包含二者峰位、峰强比、峰宽等关键参数分析，帮助读者掌握通过这两种峰评估材料结构、有序度及质量的方法。
G峰（Graphitic peak）是所有sp²杂化碳材料拉曼光谱中的一个固有特征峰，它的存在本身就证明了样品中含有sp²碳结构。
G峰通常出现在约1580-1600cm⁻¹的范围内。在理想的单层石墨烯中，其位置约1582cm⁻¹。这个峰通常是拉曼图谱中最强、最尖锐的峰之一，尤其是在高度有序的石墨晶体中。
DOI: 10.1039/C5CS00072F
物理起源
G峰的起源是一个经典的一阶拉曼散射过程。它对应于sp²碳原子在晶格平面内的键伸缩振动。从晶格动力学的角度看，这对应于布里渊区中心（Γ点）的双重简并的E2g光学声子模式。
在这个振动模式中，相邻的碳原子沿着键合方向进行相对的伸缩运动。由于这个振动模式满足拉曼散射的选择定则（声子波矢q≈0），因此它是一个拉曼活性模式，无需任何缺陷的辅助即可被激发。
DOI: 10.3390/chemosensors9090262
G峰包括哪些信息？
（1）结构标识：G峰的存在是判断材料是否含有sp²碳结构（如芳香环或烯烃链）的直接证据。
（2）有序度指示：G峰的峰位和峰宽对结构的有序性非常敏感。在高度结晶的石墨中，G峰尖锐对称。随着无序度的增加，G峰会发生宽化，并可能出现轻微的非对称性，这通常与一个隐藏在G峰高频侧的D’峰（约1620cm⁻¹）的出现有关。
DOI: 10.3390/chemosensors9090262
（3）应变与掺杂：G峰的峰位对应变和掺杂非常敏感。施加拉伸应变会使G峰红移（向低波数移动），而施加压缩应变则会使其蓝移（向高波数移动）。电子或空穴掺杂也会导致G峰峰位的移动和峰宽的变化，这与电子–声子相互作用的改变有关。
（4）层数不敏感性：与2D峰不同，G峰的强度和形状对石墨烯的层数变化不敏感。
DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121688
与G峰不同，D峰（Disorder-induced peak）在完美、无限大的石墨晶格中是拉曼禁戒的，它的出现恰恰是晶格对称性被破坏的标志。
D峰通常位于约1350cm⁻¹附近。它的强度、宽度和精确位置都与缺陷的性质和密度密切相关。
DOI: 10.1038/s41598-021-96515-0
物理起源
D峰的物理起源要复杂得多，它是一个典型的缺陷激活的二阶散射过程，通常用共振模型来解释。其过程可以分解为以下四个步骤：
（1）电子–光子相互作用：一个入射光子在sp²碳材料的K（或K’）点附近激发一个电子–空穴对。
（2）电子–声子非弹性散射：被激发的电子（或空穴）与一个具有特定波矢q的声子发生非弹性散射，电子从一个能带散射到另一个能带。对于D峰而言，这个声子是来自布里渊区边界附近（例如K点）的A₁’对称性的呼吸模式声子。
这种振动模式类似于苯环的集体收缩和扩张，因此被称为环呼吸模式。
DOI: 10.1038/s41467-017-02508-x
（3）电子–缺陷弹性散射：为了满足动量守恒，散射后的电子必须返回到初始状态附近，以便与空穴（或电子）复合发光。然而，由于电子–声子散射过程涉及一个大的动量变化，声子波矢q很大，接近布里渊区边界，电子无法直接返回。
此时，晶格中的缺陷扮演了动量补偿器的角色，它通过一个弹性散射过程，改变电子的动量，使其能够返回到K（或K’）点附近。
（4）电子–空穴复合发光：返回的电子与空穴复合，并释放一个能量比入射光子能量低（或高）的散射光子，能量差即为该声子的能量。
DOI: 10.18483/ijSci.2773
D峰包含什么信息？
（1）缺陷指示：D峰的存在是材料中存在结构缺陷或无序的明确信号。
（2）缺陷密度评估：在一定范围内，D峰的强度与缺陷密度成正比。通过D峰与G峰的强度比（ID/IG），可以半定量地评估材料的无序程度。
DOI: 10.3390/cryst13091357
（3）边缘效应：在纳米尺寸的石墨烯或石墨晶体中，边缘本身就是一种缺陷。因此，D峰也对材料的边缘结构和晶粒尺寸非常敏感。
（4）激发波长依赖性：由于双共振机制，D峰的峰位会随着激发激光波长的改变而发生显著的线性移动（色散现象），这是D峰的一个标志性特征。通常，激发能量越高（波长越短），D峰的拉曼位移越大。
峰位
峰位是拉曼光谱中最直观的参数，其变化直接反映了声子振动频率的改变。
（1）G峰峰位
应变：G峰峰位是表征石墨烯等二维材料内部应变的纳米应变计。拉伸应变会削弱C-C键，导致振动频率降低，G峰红移；压缩应变则相反，导致蓝移。这种线性关系使得通过G峰位移来定量计算应变成为了可能。
掺杂：电荷掺杂会通过非绝热效应改变声子频率。电子掺杂和空穴掺杂通常都会导致G峰的蓝移和宽化，但其具体行为与掺杂浓度和类型有关。
DOI: 10.9729/AM.2015.45.3.126
（2）D峰峰位
激发波长依赖性（色散）：如前所述，这是D峰最独特的性质。D峰的峰位（ωD）与激发激光能量（EL）之间存在线性关系，其斜率（dωD/dEL）在~50cm⁻¹/eV左右。
这种色散关系源于双共振模型中，为了满足共振条件，不同能量的光子需要与声子色散曲线上不同波矢（因而不同频率）的声子发生相互作用。因此，在报告D峰位置时，必须同时注明所使用的激发波长，否则数据将失去可比性。
缺陷类型与应变：D峰的峰位也会受到应变和缺陷类型的影响，但其行为比G峰更复杂，因为D峰本身就是由缺陷激活的。
DOI: 10.1038/s41598-021-96515-0
峰强与积分强度比（ID/IG）
峰的强度（通常指峰高或积分面积）反映了对应拉曼过程的散射截面大小。通过计算D峰和G峰的积分面积或峰高之比，ID/IG提供了一个简单而强大的半定量指标，用于：
（1）评估石墨化程度：在热解碳、碳纤维等材料中，ID/IG比值越低，通常意味着石墨化程度越高，晶体结构越完整。
（2）量化缺陷密度：在石墨烯等高质量晶体中，ID/IG比值与点缺陷的密度存在定量关系。
（3）监控材料处理过程：例如，通过离子轰击引入缺陷，或通过退火修复缺陷，这些过程都可以通过实时追踪ID/IG比值的变化来监控。
DOI: 10.1021/jacs.3c08312
峰宽
峰的半峰全宽（FWHM）与声子寿命直接相关，反映了结构的均匀性。
（1）G峰FWHM：在理想石墨烯中，G峰非常尖锐（FWHM~15cm⁻¹）。任何导致晶格对称性破缺的因素，如无序、缺陷、掺杂、温度升高等，都会增加声子的散射几率，缩短其寿命，从而导致G峰的宽化。因此，G峰的FWHM是衡量晶体质量的另一个重要指标。
（2）D峰FWHM：D峰的宽度通常比G峰宽，因为它源于一系列波矢相近但并非单一的声子模式，并且缺陷本身也存在不均匀性。D峰的FWHM也与无序程度有关，无序度越高，D峰越宽。
DOI: 10.1038/s41598-019-39105-5
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