不同堆砌层数煤系石墨的拉曼光谱表征及其表面石墨化均匀程度

摘要

采用多激发波长(325,405,514,633和785 nm)以及显微拉曼面扫描技术对不同芳香层片平均堆砌层数的煤系石墨及其表面石墨化均匀程度进行表征。结果表明:对无序石墨,石墨微晶的尺寸较小并任意取向,随着平均堆砌度及堆砌层数增加,石墨微晶边缘的拉曼光谱特征显现。在无序结构向有序转化的同时,石墨微晶缺陷逐渐消亡,拉曼光谱一级模中D3、D4峰逐渐不显著或消失,但是其倍频峰均微弱出现,尤其2D1峰强度逐渐增大。将I/I参数的含义进一步引申为缺陷类型及平均定向性,且无烟煤的I/I极大,随着石墨微晶尺寸增大(d<0.3440 nm),至三维有序结构的石墨时I/I最小。在不同激发波长下G峰半高宽总是随着无序度的减小而减小,D1峰和2D1峰等均显示较强的色散效应,各峰强度随激发光能量的增大而增大,在紫外激发下,D1和G峰峰位差显著小于可见光激发。随激发波长的增加,D1峰向着低波数方向移动,2D1峰色散约为D1峰的两倍。高煤级煤石墨化过程中,非定向的芳香碳经历一系列的物理、化学结构演变产生各种中间相态,如残留煤岩显微组分(变镜质组和变惰质组)和新生的石墨组分(热解炭等)共存,因此采用(I-I)/(P)≥0.3,I/I<0.4,A/A<0.45等作为石墨和半石墨的界线,利用平面扫描区域成像来表征样品石墨化的表面均匀程度,取频数分布置信区间≤0.9来综合判定样品表面石墨化度为84.16%~86.40%,平均为85.49%,与利用X射线衍射(XRD)参数估计的石墨化度相当。