日本千葉大學發表了一項研究成果，透過拉曼光譜分析與X射線光電子能譜(XPS)，成功從原子尺度解析碳材料光譜中長期被視為「謎」的缺陷相關峰值，釐清其結構起源，將可建立高精度解析碳材料結構的新基礎。此次研究以碳纖維為模型，建立含氧官能基、非六元環及空孔缺陷等結構的34種石墨烯模型，並結合實驗分析與高精度光譜計算進行解析。
研究結果發現，在XPS分析中約285 eV附近、過去被認為源自sp³混成碳的峰值，實際上來自於被七元環、八元環等空孔缺陷所形成的3個環結構包圍的碳原子。此外，拉曼光譜1,500~1,550 cm⁻¹的特徵峰，則源自於受到鄰近非六元環及環狀醚等含氧官能基影響的六元環內C=C鍵。
碳材料的機械、熱、電氣及化學特性高度取決於缺陷的種類與分布，因此精確掌握原子尺度缺陷，將是提升材料性能與實現精密設計的關鍵。此次的研究成果可望成為理解過去被視為「黑箱」之原子尺度複雜缺陷結構的重要基礎，並有助於次世代碳材料的精密設計與工程化開發。未來可望應用於航空太空、燃料電池及隔熱材料等領域。