[发明专利]根据光学显微镜图像判断十层以内石墨烯具体层数的方法

说明书

本发明公开了一种根据光学显微镜图像判断十层以内石墨烯具体层数的方法，本发明同时利用石墨烯光镜图中的R、G、B刺激值，考虑了R、G、B刺激值所占对比度权重有所不同以及光镜图拍摄过程中可能存在的光强不均或由于制备工艺使得特定基底厚度有一定误差等随机因素采用随机机会约束模型求取最佳刺激值权重，使得判断结果准确性更高，同时具有操作简单、效率高、设备成本低等特点，本发明方法还可应用于其余基底以及其余二维材料的层数判断。

技术领域

本发明涉及光镜下石墨烯层数的判断方法，具体涉及基于随机机会约束模型及决策树方法，利用光学显微镜下的石墨烯图像R、G、B刺激值对10层以内石墨烯的具体层数的判断方法。

背景技术

近20年来，碳纳米材料一直是科研前沿领域，成为科研学者的关注焦点，由于其优异的电学、热学、光学等性能，广泛应用于光电、生物医学、能源存储等领域。2004年石墨烯被学者通过机械剥离法发现，填补了碳纳米材料在二维空间的空白，石墨烯的碳原子通过SP²杂化与周围的碳原子成键形成六方晶格结构，键长为0.142nm，理论厚度为0.34nm，是目前已知的最薄的二维材料。石墨烯是一种零带隙的半导体，具有极高的载流子迁移率，根据实验表明理论上最高可达20000V^-1·S^-1；同时，石墨烯具有极高的导热系数，在室温下的热导率理论上可高达3000W/(m·K)，是良好的导热和散热材料；石墨烯另一令人惊喜的特点是其独特的二维单原子层结构，只有一个原子的厚度，因此其具有良好的透光性，理论最高透光率可达97.7％(可见光波长范围的吸收率为2.3％)。

目前石墨烯的制备手段主要有机械剥离法、氧化还原法、SiC外延法和化学气相沉积法。由于石墨烯的制备工艺难以得到大面积、高质量的单层石墨烯，学者通常认为10层以下均为石墨烯。石墨烯优异的各种性能与其层数有紧密的关系，仅在石墨烯为单层时可达到理论值。随着层数的增加，其性能会出现相应的弱化，在应用领域需做出相应调整，例如在光电探测器理论，石墨烯的层数增加会影响其透明度及光学性能。在锂电池领域，层数的不同会改变石墨烯电子结构从而影响其导电性及锂电池的性能。因此，为进一步推进石墨烯大规模产业化的需求，需要对石墨烯的层数有进一步的判断，研究不同层数石墨烯的电学、光学等性能。

目前对于石墨烯层数的准确判断的方法主要有透射电镜、拉曼光谱、原子力显微镜等方法。透射电镜通过对石墨烯的边缘或褶皱处的高分辨图像进行观察石墨烯层数，但在对比度不明显时难以精准判断，且设备昂贵，操作步骤复杂。拉曼光谱通过石墨烯的特征峰2D峰与G峰的比值或2D峰的形状位置进行判断石墨烯层数，但当石墨烯层数大于5层时，2D峰的的形状和强度与石墨十分相似，难以区分。原子力显微镜是目前最直接最有效的工具，通过扫描探针直接测量石墨烯的厚度从而判断层数，但当石墨烯表面有杂质或较多褶皱时，原子力显微镜的准确度会降低，并且设备昂贵、观察范围较小、效率较低。因此，一种操作简单、效率高、准确性高、设备成本低的方法来判断石墨烯的层数是急需的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据光学显微镜图像判断十层以内石墨烯具体层数的方法，以克服目前石墨烯层数判断领域存在的问题，本发明能够实现对石墨烯层数快速、简单、低成本的判断。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据光学显微镜图像判断十层以内石墨烯具体层数的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据理论公式计算获取十层以内不同层数石墨烯在特定基底下的理论对比度值；

步骤2：在相同光源下，获取特定基底和已知层数石墨烯在该特定基底下的光学显微镜图片；

步骤3：对步骤2中的光学显微镜图片提取若干个R、G、B刺激值，并求平均，得到R、G、B的相对刺激值；

步骤4：对步骤3中的R、G、B的相对刺激值赋予权重，使得赋予权重后的R、G、B相对刺激值之和接近步骤1中计算得到的石墨烯在特定基底下的理论对比度值；