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由于石墨的特殊特性已為人所知，因此開發(fā)了幾種石墨制備方法。通過復雜的化學工藝由氧化石墨烯制備石墨烯，期間加入非常強的氧化和還原劑，在這些苛刻的化學條件下制備的石墨烯經(jīng)常含有大量缺陷。

超聲波是一種經(jīng)過驗證的替代方法，可以生產(chǎn)大量高質(zhì)量的石墨烯。將石墨加入稀有機酸，醇和水的混合物中，然后將混合物暴露于超聲波輻射下。該酸起“分子楔”的作用，將石墨烯片與母體石墨分離。 通過這種簡單的過程，產(chǎn)生了大量未分散的，高質(zhì)量的分散在水中的石墨烯。

石墨烯簡介

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。 石墨烯的碳原子厚的碳薄片通過非鍵合相互作用形成石墨，并且具有極大的表面積。

“它是宇宙中薄的物質(zhì)，也是有史以來堅固的物質(zhì)。其表現(xiàn)出巨大的本征載流子遷移率，具有小的有效質(zhì)量（為零），可以在室溫下進行微米長距離的傳播而不散射。石墨烯可以維持比銅高6個數(shù)量級的電流密度，顯示出創(chuàng)紀錄的熱導率和硬度，不透氣，并能調(diào)和脆性和延性等相互沖突的特性。石墨烯中的電子傳輸用狄拉克式方程描述，該方程允許在臺式實驗中研究相對論量子現(xiàn)象。

超聲波石墨烯分散器

超聲波石墨烯分散器是利用超聲波的空化作用來分散團聚的顆粒。它是將所需處理的顆粒懸浮液（液態(tài)）放入*聲場中，用適當?shù)某曊穹右蕴幚怼Ｔ诳栈?，高溫，高壓，微射流，強振動等附加效應下，分子間的距離會不斷增加，終導致分子破碎，形成單分子結構。該產(chǎn)品尤其對于分散納米材料（如碳納米管、石墨烯、二氧化硅等）有良好效果。

石墨烯分散目的

自然界中存在大量的石墨材料，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。單層石墨被稱為石墨烯，在自由狀態(tài)下不存在該物質(zhì)，都以多層石墨烯層疊的石墨片的形式存在。由于石墨片的層間作用力較弱，可以通過外力進行層層剝離，從而獲得只有一個碳原子厚度的單層石墨烯。

常用的分散方法

微機械剝離法

• 用膠帶直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剝離下來，不斷重復這個過程。
• 使用一種材料與膨化或引入缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產(chǎn)生絮片狀的晶體，絮片狀晶體中含有單層石墨烯。

缺點：石墨烯產(chǎn)量低，面積小，難以精確控制尺寸，效率低，不能大規(guī)模制備。

化學氣相沉積法

將一種或多種含碳的氣態(tài)物質(zhì)（通常為低碳的有機物氣體）通入到真空反應器中，通過高溫使含碳的氣體分解碳化（通常為低碳的有機物氣體），在基底表面生長出一種碳單質(zhì)的過程。

缺點：石墨烯的六角蜂窩狀晶體結構，無法*石墨化，品質(zhì)不如微機剝離法的好，高昂的成本及苛刻的設備要求都限制了其規(guī)?；苽涫?，還需要加入催化劑降低了石墨烯純度。

晶體外延取向生長法

一種是通過加熱單晶 6H-SiC 脫除 Si，從而在 SiC 晶體表面外延生長石墨烯。石墨烯和 Si 層接觸，這種石墨烯的導電性受到基底影響；另一種是利用金屬單晶中的微量碳成分，通過在超高真空下高溫退火，金屬內(nèi)碳元素在金屬單晶表面析出石墨烯。

缺點：石墨烯薄膜厚度不均勻，難以控制，生成的石墨烯緊緊地黏貼在基底上難以剝離，會影響石墨烯的特性。同時需在超真空及高溫條件下生長，條件極為苛刻，設備要求高，無法實現(xiàn)大規(guī)模、可控制備石墨烯。

氧化石墨還原法

氧化石墨烯一般由石墨經(jīng)強酸氧化而得。主要有三種制備氧化石墨的方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法，其中Hummers法石墨烯分散需加入超聲波輔助。

超聲波波制備石墨烯

當以高強度超聲處理液體時，傳播到液體介質(zhì)中的聲波導致產(chǎn)生交替的高壓（壓縮）和低壓（稀疏）循環(huán)，其速率取決于頻率。 在低壓循環(huán)期間，高強度超聲波在液體中產(chǎn)生小的真空氣泡或空隙。 當氣泡達到不能再吸收能量的體積時，它們在高壓循環(huán)期間劇烈塌陷。 這種現(xiàn)象稱為空化現(xiàn)象。 在內(nèi)爆期間，局部達到非常高的溫度（約5,000K）和壓力（約2,000atm）。 空化氣泡的內(nèi)爆也導致液體射流速度高達280 m/s。超聲空化引起的物理化學變化，可應用于石墨烯制備。

超聲波分散和解聚

空化誘導聲化學在能量和物質(zhì)之間提供了*的相互作用，氣泡內(nèi)的熱點為~5000K，壓力為~1000bar，加熱和冷卻速率大于1010K s-1；這些特殊的條件允許進入一系列通常無法進入的化學反應空間，這允許合成各種不同尋常的納米結構材料。

石墨烯直接剝離

超聲波直接剝離制備的石墨烯的質(zhì)量遠遠高于Hummer方法得到的石墨烯。超聲波可以在有機溶劑、表面活性劑/水溶液或離子液體中制備石墨烯。這意味著可以避免使用強氧化或還原劑在超聲作用下通過剝落產(chǎn)生了石墨烯。超聲波處理濃度為 1mg/ml 石墨烯氧化物的熔液，AFM圖像顯示總是存在具有均勻厚度的薄片（1nm）,這些良好的氧化石墨烯剝離樣品中沒有厚度大于1nm或厚度小于1nm的石墨烯薄片，由此得出結論，在這些條件下，實現(xiàn)了氧化石墨烯*剝落得到單個氧化石墨烯薄片。

超聲波分散設備可用于石墨烯，油墨涂料等分散，均質(zhì)化處理；石油乳化；中藥萃取加工；細胞，壓載水破碎，消毒處理；化工原料加速反應等方面。

產(chǎn)品參數(shù)