碳納米管和石墨烯等低維碳材料有望在未來半導(dǎo)體、微納電子和能源等領(lǐng)域發(fā)揮核心作用，是主導(dǎo)未來高科技產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略材料。對其基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的深入研究是能否取得引領(lǐng)性和原創(chuàng)性研究突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。拉曼光譜技術(shù)在低維碳材料的發(fā)現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)與性能的研究中發(fā)揮了不可替代的重要作用。該項(xiàng)目以低維碳材料的拉曼光譜學(xué)研究為主線，關(guān)注低維碳材料結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼表征、石墨烯增強(qiáng)拉曼散射和低維碳材料能帶調(diào)控中的電子-聲子耦合特征等基本科學(xué)問題，在科技部納米重大研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金委的支持下，開展了持續(xù)而系統(tǒng)的研究，取得如下主要成果：

1）發(fā)展了單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)控制制備方法及其結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼光譜表征技術(shù)：針對單壁碳納米管手性控制生長及其結(jié)構(gòu)表征這一世界難題，發(fā)展了單壁碳納米管結(jié)構(gòu)與物性的微區(qū)拉曼光譜表征方法，實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管的金屬/半導(dǎo)體性和手性結(jié)構(gòu)的高分辨定量研究，獲得了單根單壁碳納米管的生長速度和溫度系數(shù)等本征物性參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，提出了手性控制的“碳基催化劑”概念和單壁碳納米管的克隆生長方法，突破了傳統(tǒng)的“氣-液-固”生長模型，建立了新的“氣-固”生長模型，從而實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管手性控制的突破。

2）發(fā)明了石墨烯增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)：針對表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)在定量和微量檢測中信號不均一這一長期挑戰(zhàn)，提出了石墨烯增強(qiáng)拉曼散射的概念，證明了石墨烯增強(qiáng)拉曼散射的化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制；發(fā)展了高品質(zhì)石墨烯的偏析與Ni-Mo等合金催化化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)和石墨烯的無損轉(zhuǎn)移技術(shù)，獲得了嚴(yán)格單層的大面積石墨烯；在此基礎(chǔ)上發(fā)展了基于石墨烯的柔性拉曼散射增強(qiáng)基底的制備方法，首次實(shí)現(xiàn)了任意形貌表面上痕量物種的直接檢測，為表面增強(qiáng)拉曼散射的定量研究開拓了新的思路。

3）發(fā)展了低維碳材料能帶調(diào)控與拉曼光譜研究方法：提出了單壁碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的應(yīng)力調(diào)控方法，研究了不同形變下碳納米管能帶結(jié)構(gòu)與其電子-聲子耦合特征的關(guān)聯(lián)性，首次證實(shí)了應(yīng)力條件下碳納米管能帶結(jié)構(gòu)隨手性的變化規(guī)律；提出了低維碳材料能帶結(jié)構(gòu)的光化學(xué)調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的片層裁剪、逐層減薄、石墨烯到氧化石墨烯的定域轉(zhuǎn)化以及碳納米管從金屬性到半導(dǎo)體性的轉(zhuǎn)化等系列調(diào)控方法，為低維碳材料在未來電子器件中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。