GB／T 40071-2021 标准规范下载简介和预览

GB／T 40071-2021 纳米技术 石墨烯相关二维材料的层数测量 光学对比度法.pdf简介：

"GB/T 40071-2021 纳米技术 石墨烯相关二维材料的层数测量 光学对比度法" 是中国国家标准（GB/T）中的一份技术规范，它详细规定了如何使用光学对比度法来测量石墨烯和相关二维材料（如石墨烯纳米片、石墨烯量子点等）的层数。这份标准是针对纳米技术领域的一个具体技术操作指南，适用于科研、生产和质量控制等领域。

光学对比度法是通过比较材料在特定光波长下的光学性质（如反射率、透射率等）来判断材料层数的一种方法。对于石墨烯这类材料，因为其层与层之间的光学性质存在显著差异，通过对比不同层数的材料在光谱上的特性变化，可以推断出其层数。

该标准可能包括测量设备的选取、实验条件设置、数据处理和结果解读等详细步骤，以确保测量结果的准确性和一致性。它为纳米材料的层数检测提供了一套标准化的操作流程和评价标准，对于推动纳米科技领域的发展具有重要意义。

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下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注目期的引用文件 日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T30544.13纳米科技术语第13部分：石墨烯及相关二维材料

光学对比度值opticalcontrastvalue 《二维材料》空白衬底区域的反射光强度与衬底上样品所处区域的反射光强度的相对差异，见公

CJJ 34-2010 城镇供热管网设计规范光学对比度值opticalcontrastvalue

C 光学对比度值； I substrate 空白衬底区域的反射光强度； Isample 样品所处区域的反射光强度。 注：衬底上的样品通常为纳米片[例如，石墨烯薄片（3.2)]或纳米薄片[例如，石墨烯薄膜（3.3)】

G通道对比度值Gchannelcontrastvalue

G通道对比度值 Gchannel contrastvalue 绿通道对比度值 《二维材料》利用光学显微图片中空白衬底区域的G通道数值与衬底上样品所处区域的G通道数 值的相对差异来表示的光学对比度值（3.5），见公式（2）

材料》利用光学显微图片中空白衬底区域的G通道数值与衬底上样品所处区域的G通道数 差异来表示的光学对比度值（3.5），见公式（2）

式中： CG G通道对比度值； Gsubstrate 光学显微图片中空白衬底区域的G通道数值； Gsample 一一光学显微图片中样品所处区域的G通道数值。 注1：衬底上的样品通常为石墨烯薄片（3.2)或石墨烯薄膜（3.3）。 注2：红通道（R通道）对应的波长范围约为590nm～720nm，绿通道（G通道）对应的波长范围约为520nm~ 590nm，蓝通道（B通道）对应的波长范围约为435nm520nm。

光学对比度法 opticalcontrastmetho 《二维材料》利用光学对比度值（3.5)判

如图1a)所示，（从上至下）由石墨烯薄片或石墨烯薄膜、SiO层、Si层形成一个多层膜结构。由于 二维材料自身的光吸收以及多层薄膜干涉效应的影响，Isample和Isubstrate存在差异，利用公式（1)可计算得 到衬底与样品之间的光学对比度值C。理论计算及实验结果均证明，石墨烯薄片或石墨烯薄膜的层数 不同时，C亦不相同，层数与C存在一一对应关系，因此可利用C判定右墨烯薄片或右墨烯薄膜的 层数。 理论上不同人射光波长下均可以使用光学对比度法。当人射光为连续波长的白光时，反射光强度 的大小依赖于波长。设波长为入时的反射光强度为I（入），则根据公式（3)可得

Isubstrete (入)

波长为入时的光学对比度值。当波长入取一系列连续值时，C（>）也称作光学对比

GB/T400712021

度谱； substrate（入) 波长为入时，空白衬底区域的反射光强度。当波长入取一系列连续值时，Isubstrate（a）也 称作衬底的反射光谱； Isample（入) 波长为入时，样品区域的反射光强度。当波长入取一系列连续值时，Isample（入）也 称作样品的反射光谱

）多层膜入射、反射、透射

4.2常用光学对比度法的测量原理

图1光学对比度法原理示意图

图1b)所示即为理论计算所得的不同层数的石墨烯薄片或石墨烯薄膜在300nmSiO2/Si衬底上 的光学对比度谱C(入），其中波长入的范围为400nm～800nm，光学显微图片的B、G、R通道对应的波 长范围分别用蓝、绿、红区域进行标识。由图1b）可知： a）不同层数的石墨烯薄片或石墨烯薄膜所对应的光学对比度谱C（入）不同，波长入相同时层数越 多则C（入）也越大； b 不同层数所对应的光学对比度谱C(入）在可见光波长范围内（约为435nm～720nm)存在一个 峰（极大值），将该峰值记为C，，并将C,对应的波长值记为入； 不同层数对应的光学对比度峰值C，之间的差异最大，最适宜用于判定样品的层数。因此，可 利用C，测量石墨烯薄片或石墨烯薄膜的层数。

如图1b)所示，当右墨烯薄片或右墨烯薄膜层数为1～5时，虽然其各自的入，存在一些差异，但均处 于光学显微图片的G通道内，因此Isample（入，）、Isubstrate（入，）也可分别用G通道数值Gsample、Gsubstrate来代替， 年利用公式（2)得到样品与衬底之间的G通道对比度值CG。G通道对比度值的理论值为光学对比度谱 通道对应波长范围内的积分平均值。由图1b)可知，石墨烯薄片或石墨烯薄膜的层数不同时，C亦 下相同，层数与Cc存在一一对应关系，因此也可以用Cc测量石墨烯薄片或石墨烯薄膜的层数。 需要注意的是，在应用光学图片法测量层数前，先基于已知层数的样品建立起“G通道对比度值 G一一层数对应关系”表（如表2所示）。建立起该表后，在相同的测试条件下，可用光学图片法快速、 准确地测量层数。

显微光谱仪：用于反射光谱法，含光栅分光光谱仪及光学显微装置，具有反射光谱测量功能。

中，光谱仪扫描范围为400nm～800nm，光谱分辨率优于2nm。测量前，应按相关技术规范对显微光 谱仪进行校准，并按相关测试规范进行测试。 5.2光学显微镜：用于光学图片法，配备白光光源（如卤素灯或氙灯），100倍物镜（数值孔径不小于 0.8），观察方式为明场：含数字相机，可成彩色像，其像素优于10万。

6.1本文件使用的衬底应为表面具有300nm士5nm厚的SiO2层的Si衬底（以下称为300nmSiO2/ Si衬底）。 6.2对于机械剥离于300nmSiO2/Si衬底的石墨烯薄片样品，可直接使用，无需进一步处理。 6.3对于CVD制备的石墨烯薄膜样品，需将样品转移至300nmSiO2/Si衬底上（具体步骤可参考附 录A）。 6.4在显微镜下观测样品，测试区域内应无明显杂质

本文件使用的衬底应为表面具有300nm土5nm厚的SiO2层的Si衬底（以下称为300nmSi 底）。 对于机械剥离于300nmSiO2/Si衬底的石墨烯薄片样品，可直接使用，无需进一步处理 对于CVD制备的石墨烯薄膜样品，需将样品转移至300nmSiO2/Si衬底上（具体步骤可参考 A）。 在显微镜下观测样品，测试区域内应无明显杂质

7.1反射光谱法测量步骤

7.1.1选择测量区域

利用光学显微镜观测样品，确定样品测量区域。该区域需同时包含空白衬底和样品

7.1.2采集反射光谱

7.1.2.1对测量区域进行聚焦以观测到清晰的石墨烯薄片或薄膜边沿。 7.1.2.2测量衬底的反射光谱，波长扫描范围为400nm～800nm，调节人射光强或积分时间使得波长 为570nm时信号光强度为背景信号（即暗环境下的信号）强度的10倍以上。 7.1.2.3在相同的观测条件下，依次采集衬底及样品的反射光谱Isubstrate（入）和Isample（入）。其中，衬底、样 品所在区域分别随机选择5个位置进行采集，得到Iarate（a），le（a），其中i=1～5。

7.1.3获得光学对比度谱

根据公式（3），由衬底及样品的反射光谱Iatrate（a），I

7.1.4获得光学对比度谱峰值

对5个光学对比度谱C（）（入）的峰值取算术平均值，见公式（4），计算得到样品的光学对比度谱 （保留至小数点后2位）：

7.1.5判定样品层数

根据表1，由光学对比度谱峰值C，得到样品

根据表1，由光学对比度谱峰值C，得到样品层数

《镇（乡）村给水工程技术规程 CJJ123-2008》GB/T400712021

表1光学对比度谱峰值C,层数对应关系

7.2光学图片法测量步骤

7.2.1.1选取3个已知层数为n（其中 制备的样品。样品准备过程参 照第6章。对于n=1，2，3，4，5，6，分别重复步骤7.2.1.4～7.2.1.7。 7.2.1.2在100倍物镜下放置一块标准白板，聚焦后进行白平衡校准。 7.2.1.3选择一个无样品覆盖的空白衬底区域，调节数字相机图像处理软件的伽马（gamma）值，使得 图片颜色与显微镜目镜所视颜色基本一致（gamma值的不同会导致G通道对比度值的不同，调节完成 后请勿变动），然后调节亮度使图片灰度值为125～135。

7.2.1.2在100倍物镜下放置一块标准白板，聚焦后进行白平衡校准。 7.2.1.3选择一个无样品覆盖的空白衬底区域，调节数字相机图像处理软件的伽马（gamma）值，使得 图片颜色与显微镜目镜所视颜色基本一致（gamma值的不同会导致G通道对比度值的不同，调节完成 后请勿变动），然后调节亮度使图片灰度值为125～135。 7.2.1.4按照7.1.1选择测量区域。 7.2.1.5拍摄光学图片的步骤如下： 确保待测样品处于观测窗口的中心位置，对测量区域进行聚焦以观测到清晰的石墨烯薄片或 薄膜边沿。拍摄1张样品光学显微图片。 b） 在相同观测、拍摄条件下（包括gamma值、光强、积分时间、聚焦、像素等），在三个不同的无样 品覆盖的空白衬底区域上，拍摄3张光学显微图片。 7.2.1.6 获得G通道对比度值图像的步骤如下： a） 分别提取3张衬底光学显微图片和样品光学显微图片的每一个像素点的G通道数值。 b） 对于衬底，每一个像素点的G通道数值由3张衬底光学显微图片相同位置的G通道数值求均 值得到。 ） 针对每一个对应的像素点，按照公式（2)计算其G通道对比度值，获得G通道对比度值图像 7.2.1.7 获得已知层数样品的G通道对比度典型值的步骤如下： a） 在7.2.1.6c)获得的G通道对比度值图像中，在样品区域随机选取5个位置分别得到5个G 通道对比度值，求得其算术平均值（单一测量值与平均值的偏差不应大于10%），此值即为该 已知层数样品的G通道对比度值。对于3个层数同为n的样品，其G通道对比度值分别记为 Cc)(n),Cc2)(n),Cc3)(n)。 b）计算C"）（n），Cc²）（n），C3）（n）的算术平均值，得到A。A，即为层数为n的样品的G通道 对比度值CG的典型值（保留至小数点后2位）。注意，单一测量值与算术平均值的偏差不应大 于10%，否则重新进行测定。 7.2.1.8利用A1A2，，A6建立"G通道对比度值CG 层数对应关系”表（见表2）

SBJ 09-1995 物资仓库设计规范7.2.1.5拍摄光学图片的步骤如下