近日，机械与动力工程学院振动、冲击、噪声研究所博士后胡开明在Small期刊上发表了题为“Tension-Induced Raman Enhancement of Graphene Membranes in Stretched State”的研究成果，发现了石墨烯纳米机械谐振器机械应力诱导的拉曼增强现象，揭示了机械应力与拉曼特性耦合作用的宏观与微观机理。胡开明与中国科学院上海微系统与信息技术研究所薛忠营副研究员为该论文共同第一作者，胡开明的导师张文明教授和中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰研究员为共同通讯作者。

拉曼光谱作为石墨烯纳米薄膜的一种有效的无损表征方法，能够正确测量石墨烯D、G和2D主要特征峰的峰位、峰强和峰宽等拉曼特性。然而，石墨烯纳米机械谐振器的拉曼特性与其力学特性之间的关系尚不清楚，器件机械应力与拉曼特性的耦合机制有待深入研究，机械应力对石墨烯碳环的面内与面外振动特性的影响规律缺乏全面认识。张文明教授团队和狄增峰研究员团队合作研究，采用拉曼光谱等技术手段表征了悬空石墨烯薄膜的拉曼特性，首次发现了微米阱附近处石墨烯机械张力诱导的拉曼增强现象，探测到了拉曼强度比I2D/IG高达16.7，增强了670%，创造了I2D/IG最新的实验记录。该现象的宏观机理为机械应力拉伸了微米阱附近的石墨烯，抑制了石墨烯薄膜的本征波纹现象。

为了解释上述拉曼增强现象的诱因，胡开明等人建立了一种基于晶格振动理论的晶格动力学模型，揭示了石墨烯纳米机械谐振器的机械应力与拉曼特性耦合作用的微观机理，阐明了built-in张力对石墨烯薄膜sp2杂化键合的碳原子面内振动的抑制效应，得到了机械应力作用下石墨烯薄膜碳原子面内振动能量转移到石墨烯薄膜内C-C键势能的规律。该研究厘清了机械应力与石墨烯薄膜拉曼特性之间关联关系，为石墨烯纳米机械谐振器的力学性能表征提供了新的策略。

该研究成果得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金和博士创新人才计划等项目的资助。Small是Wiley旗下工程与计算大学科期刊，影响因子为9.598，在国际纳米技术与应用物理领域科研界上享誉盛名。

论文信息：Hu, Kai-Ming, Zhong-Ying Xue, Yun-Qi Liu, Hu Long, Bo Peng, Han Yan, Zeng-Feng Di, Xi Wang, Liwei Lin, and Wen-Ming Zhang. "Tension-Induced Raman Enhancement of Graphene Membranes in the Stretched State." Small (2018): 1804337.

论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201804337