等过程，最后制得氧化石墨。

第三种是 Hummers Offeman[7]法。此法需要在低温下进行，事先将浓硫酸冷藏，随 后将无水硝酸钠、石墨粉投放到浓硫酸中，并将混合物放置在冰浴中用高速搅拌机强 力搅拌，加入强氧化剂高锰酸钾进一步氧化；待反应充分后向体系中加入过氧化氢之 类的还原剂，直至溶液透明，经过过滤、洗涤,然后真空脱水得到氧化石墨。

上述的三种方法是最常用的方法，近些年又开发了一种新方法——水热法，又称 为密闭氧化法。水热法[8]：天然鳞片石墨经过加工处理得到膨胀石墨，然后经水热、冷 水循环、超声剥离等工艺方法处理，此法合成的石墨烯具有品质高、层数相对较少、 导电性能好等特点。

本文对水热法进行了改进，事前将药品、反应釜等放置在冰水浴中，用磁力搅拌 器搅拌药品 2 小时，以让无水硝酸钾、浓硫酸、石墨、高锰酸钾混合均匀；随后将混 合物放入密封的反应釜内，加热升温至 110℃反应 2。5 小时，氧化石墨就已经制备好 了，最后就是用超声装置将其剥离得到氧化石墨烯（GO）。同原方法对比来看，原法 要将药品一次性快速加入反应釜内，浓硫酸、高锰酸剂都是强氧化剂、具有腐蚀性， 可能会带来不安全因素，改进的方法能最大程度地减少安全威胁。

1。1。3  氧化石墨烯的剥离方式

氧化石墨相邻的层间都是平行的，没有化学键的链接，只有靠微弱的范德华力相 互吸引链接，因此剥离氧化石墨制成氧化石墨烯就变得轻而易举。下面列举了常用的 剥离方法[9]：机械剥离、热膨胀剥离、静电剥离、低温剥离和超声剥离等。

（1）热膨胀剥离：含氧基团（环氧基团、羰基、羟基等）受热分解会生成水和二 氧化碳，给氧化石墨足够的热量让其片层间的含氧官能团分解，而且是在其片层间生 成水蒸气和二氧化碳，利用水蒸汽和二氧化碳对片层持续的冲击作用，片层最终会脱 落形成单片的氧化石墨烯，热膨胀剥离的机理就在于此。因为含氧基团是同时分解的， 所以并不能保证二氧化碳和水能将所有的片层都剥离，剥离效果会有所限制。文献综述

（2）静电剥离：氧化石墨水解后一些带负电荷的官能团进入其片层间，而氧化石 墨原本的片层内原本就含有很多带负电荷的基团，因此可以通过两种负电荷的静电排

斥作用将氧化石墨剥离，最终制得石墨烯。

（3）机械剥离法：最早的石墨烯也是通过胶带分离的物理方式剥离的，同样也适 用于氧化石墨烯的剥离。给氧化石墨烯的表面施加机械力，通过介质与其表面的相对 运动实现剥离，常用的方式有剪切、高压气磨等。

（4）超声剥离：给液体施加超声波，其中的微小气泡核体积会产生变化。当超声 波增加到足够的强度时，一直振动着的气泡的体积将迅速变大，随后体积瞬时变为零， 在这瞬时会有冲击波产生，因为超声波是不断变换着频率的，所以气泡体积的变化是 周期性的。冲击波能够产生高温高压作用，持续不断的高温高压作用对片层形成持续 的冲击作用，氧化石墨烯片层因此而迅速分离，达到剥离的目的。同其它方法相比， 超声分散的方式分离程度相对更高。

本文中使用的方法便是超声剥离。

1。1。4  氧化石墨烯的结构和性能

图 1-2 氧化石墨烯的结构简图

经过氧化处理后，大量的氧基功能团被引入到了石墨烯单片上。单一的石墨烯结 构很简单，而氧化石墨烯的结构就非常复杂，因为片层上的含氧基团的数量、种类、