石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關。黑...

近年來研究者發現石墨烯由于它獨特的零帶隙結構，對所有波段的光都無選擇性的吸收，且具有超快的恢復時間和較高的損傷閾值。因此利用石墨烯獨特的非線性可飽和吸收特性將其制作成可飽和吸收體應用于調Q摻鉺光纖激光器、被動鎖模光纖激光器已經成為超快脈沖激光器研究領域的熱點。2009年，Bao等[82]人使用單層石墨烯作為鎖模光纖激光器的可飽和吸收體首先實現了通信波段的超短孤子脈沖輸出，脈沖寬度達到了756fs。他們證實了由于泡利阻塞原理，零帶隙材料石墨烯在強激光激發下可以容易的實現可飽和吸收，而且這種可飽和吸收是與頻率不相關的，即石墨烯作為可飽和吸收體可實現對所有波長的光都有可飽和吸收作用。GO的摻量對于水...

氧化石墨烯（GO）的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體，在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現出明顯的π-π*和n-π*躍遷，而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達到2.3%這一...

氧化石墨烯（GO）與石墨烯的另一個區別是在吸收紫外/可見光后會發出熒光。通常可以在可見光波段觀測到兩個峰值，一個在藍光段（400-500nm），另一個在紅光段（600-700nm）。關于氧化石墨烯發射熒光的機理，學界仍有爭論。此外，氧化石墨烯的熒光發射會隨著還原的進行逐漸變化，在輕度化學還原過程中觀察到GO光致發光光譜發生紅移，這一發現與其他人觀察到的發生藍移的現象相矛盾。這從另一個方面說明了氧化石墨烯結構的復雜性和性質的多樣性。石墨烯在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數。杭州關于氧化石墨RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超寬譜（從可見至太赫茲波段）探測。氧化石墨烯的還原程度...

石墨烯是一種在光子和光電子領域十分有吸引力的材料，與別的材料相比有很多優點[1]。作為一種零帶隙材料，石墨烯的光響應譜覆蓋了從紫外到THz范圍；同時，石墨烯在室溫下就有著驚人的電子輸運速度，這使得光子或者等離子體轉換為電流或電壓的速度極快；石墨烯的低耗散率以及可以把電磁場能量限定在一定區域內的性質，帶來了很強的光與石墨烯相互作用。雖然還原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中觀測到的電子輸運效應以及其它一些凝聚態物質效應，但其易于規模化制備、性質可調等優異特性，使其在傳感檢測領域展現出極大的應用前景。掃描隧道顯微鏡照片表明，在氧化石墨中氧原子排列為矩形。氧化石墨銷售氧化石墨烯表面含有-OH和-C...

氧化石墨烯基納濾膜水通量遠遠大于傳統的納濾膜，但是氧化石墨烯納濾膜對鹽離子的截留率還有待提高。Gao等26利用過濾法在氧化石墨烯片層中間混合加入多壁碳納米管（MWCNTs），復合膜的通量達到113L/（m2.h.MPa），對于鹽離子截留率提高，對于Na2SO4截留率可達到83.5%。Sun等27提出了一種全新的、精確可控的基于GO的復合滲透膜的設計思路，通過將單層二氧化鈦（TO）納米片嵌入具有溫和紫外（UV）光照還原的氧化石墨烯（GO）層壓材料中，所制備的RGO/TO雜化膜表現出優異的水脫鹽性能。氧化石墨正式名稱為石墨氧化物或被稱為石墨酸，是一種由物質量之比不定的碳、氫、氧元素構成的化合物。浙...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的濃度...

氧化石墨烯（GO）是一種兩親性材料，在生理條件中一般帶有負電荷，通過對GO的修飾可以改變電荷的大小，甚至使其帶上正電荷，如利用聚合物或樹枝狀大分子等聚陽離子試劑。在細胞中，GO可能會與疏水性的、帶正電荷或帶負電荷的物質進行相互作用，如細胞膜、蛋白質和核酸等，因此會誘導GO產生毒性。因此在本節中，我們主要探討GO在細胞（即體外）和體內試驗中產生已知的毒性效應，以及產生毒性的可能原因。石墨烯材料的結構特點主要由三個參數決定：(a)層數、(b)橫向尺寸和(c)化學組成即碳氧比例）。氧化石墨是由牛津大學的化學家本杰明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法制得。應該怎么做氧化石墨...

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制中對...

盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光，但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身，正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知，石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光，同樣的，在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光，如染料分子、共軛聚合物、量子點等，而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率，研究表明，熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用力，使GO之間很容易在不同體系中發生團...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件。基于硅-石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗。基于化學氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。松散的氧化石墨分散在堿性溶液中形成類似石墨烯結構的單原子...

在氧化石墨烯的納米孔道中，分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域，水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵，從而增加了水流動阻力，而在雜化碳區域水流阻力很小。芳香碳網中形成的大多數通路被含氧官能團有效阻擋，從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質12,13。相比于其他納米材料，GO為快速水輸送提供了較多優越性能，如光滑無摩擦的表面，超薄的厚度和超高的機械強度，所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術，已經成功地應用到水處理的各個領域，引起越來越多的企業家和科學家的關注8-11。GO薄膜在海水淡化領域的應用主要是去除海水中的鹽離子，探究GO薄膜的離子傳質行為具有更為...

在推動以氧化石墨烯為載體的新藥進入臨床試驗前，勢必會面臨諸多挑戰：（1）優化氧化石墨烯的制備方法及生產工藝，使其具有可重復性，并能精確控制氧化石墨烯的尺寸和質量；（2）比較好使用劑量的摸索，找到以氧化石墨烯為載體的***療效和毒性之間的平衡點；（3）其他表面修飾劑的開發，需具有良好生物相容性且修飾后的氧化石墨烯能在短時間內被生物體***；（4）毒理學方法的進一步規范，系統闡明以氧化石墨烯為載體***的潛在毒性；（5）體內外模型的建立，***評價氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地轉化到臨床。此外，以氧化石墨烯為載體的***在大規模工業化生產和應用時，還需考慮到對人體和環境的不利影響，是否...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的濃度...

石墨烯是一種在光子和光電子領域十分有吸引力的材料，與別的材料相比有很多優點[1]。作為一種零帶隙材料，石墨烯的光響應譜覆蓋了從紫外到THz范圍；同時，石墨烯在室溫下就有著驚人的電子輸運速度，這使得光子或者等離子體轉換為電流或電壓的速度極快；石墨烯的低耗散率以及可以把電磁場能量限定在一定區域內的性質，帶來了很強的光與石墨烯相互作用。雖然還原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中觀測到的電子輸運效應以及其它一些凝聚態物質效應，但其易于規模化制備、性質可調等優異特性，使其在傳感檢測領域展現出極大的應用前景。石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標。制備氧化石墨材料近年來研究者...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分結...

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合，如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題，即將上述藥物負載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升。無污染氧化石墨粉體氧化石墨...

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用，其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質，從結構方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要，克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點，也正是這些官能團的存在，使其便于實現功能化修飾，為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。碳基填料可以提高聚合物的熱導率，但無法像提高導電性那么明...

近年來研究者發現石墨烯由于它獨特的零帶隙結構，對所有波段的光都無選擇性的吸收，且具有超快的恢復時間和較高的損傷閾值。因此利用石墨烯獨特的非線性可飽和吸收特性將其制作成可飽和吸收體應用于調Q摻鉺光纖激光器、被動鎖模光纖激光器已經成為超快脈沖激光器研究領域的熱點。2009年，Bao等[82]人使用單層石墨烯作為鎖模光纖激光器的可飽和吸收體首先實現了通信波段的超短孤子脈沖輸出，脈沖寬度達到了756fs。他們證實了由于泡利阻塞原理，零帶隙材料石墨烯在強激光激發下可以容易的實現可飽和吸收，而且這種可飽和吸收是與頻率不相關的，即石墨烯作為可飽和吸收體可實現對所有波長的光都有可飽和吸收作用。關于GO與水泥基...

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合，如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題，即將上述藥物負載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小有差異。雞西氧化石墨...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的濃度...

使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當尺寸的間隔物來調節GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內的目標離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3nm，真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9nm，計算出水合半徑小于0.45nm的物質可以通過氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45nm的物質被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7nm，以從水中篩分水合Na+（水合半徑為0.36nm）。通過部分還原GO以減小水合官能團的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價鍵合以克服水合力，可以獲得這種...

氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，即活性氧。大量的實驗研究已經確認細胞經不同濃度的GO處理后，都會增加細胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通過商業化的無色染料染色后利用流式細胞儀或熒光顯微鏡檢測到。氧化應激是由自由基在體內產生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。氧化應激反應不僅與GO的濃度[17,18]有關，還與GO的氧化程度[19]有關。如將蠕蟲分別置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修飾的GO溶液中，GO會引起蠕蟲細胞內活性氧的積累，其活性氧分別增加59.2%和75.3%。氧化石墨...

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等豐富的官能團，在水中可發生去質子化等反應帶有負電荷，由于靜電作用將金屬陽離子吸附至表面；相反的，如果水中pH等環境因素發生變化，氧化石墨烯表面也可攜帶正電荷，則與金屬離子產生靜電斥力，二者之間的吸附作用**減弱。而靜電作用的強弱與氧化石墨烯表面官能團產生的負電荷相關，其受環境pH值的影響較明顯。Wang44等人的研究證明，在pH＞pHpzc時（pHpzc=3.8），GO表面的官能團可發生去質子化反應而帶負電，可有效吸附鈾離子U(VI)，其吸附量可達到1330mg/g。氧化石墨片層的厚度約為1.1 ± 0.2 nm。制備氧化石墨生產企業在氧化石墨烯的納米孔道...

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質等大分子結合，如圖7.2所示。普通的有機藥物很多都含有π結構，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來解決這個問題，即將上述藥物負載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應以及提高藥物穩定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。氧化石墨能夠滿足人們對于材料的功能性需求更為嚴苛的要求。氧化石墨銷售廠在氧化石墨烯的納米孔道中，分...

光電器件是在微電子技術基礎上發展起來的一種實現光與電之間相互轉換的器件，其**是各種光電材料，即能夠實現光電信息的接收、傳輸、轉換、監測、存儲、調制、處理和顯示等功能的材料。光電傳感器件指的是能夠對某種特征量進行感知或探測的光電器件，狹義上*指可將特征光信號轉換為電信號進行探測的器件，廣義而言，任何可將被測對象的特征轉換為相應光信號的變化、并將光信號轉換為電信號進行檢測、探測的器件都可稱之為光電傳感器。氧化石墨片層的邊緣包括羰基或羧基。開發氧化石墨濾餅解決GO在不同介質中的解理和分散等問題是實現GO廣泛應用的重要前提。此外，不同的應用體系往往要不同的功能體現和界面結合等特征，故而要經常對GO表...

氧化石墨烯因獨特的結構和性質受到了人們的***關注，其生物相容性的研究已經積累了一定的研究基礎，但氧化石墨烯在實際應用中仍然面臨很多困難和挑戰。首先，氧化石墨烯制備方法的多樣性和生物系統的復雜性，會***影響其在體內外的生物相容性，導致研究結果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性問題不能簡單歸納得出結論，需要綜合多方面的因素進行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取決于時間和本身的濃度，其***機理需要進一步的研究。***，氧化石墨烯對機體的長期毒性以及氧化石墨烯進入細胞的機制、與細胞之間相互作用的機理、細胞／體內代謝途徑等尚不清晰。這些問題關乎氧化石墨烯在生物醫學領域應用中的安全問題和環...

氧化石墨烯（GO）與石墨烯的另一個區別是在吸收紫外/可見光后會發出熒光。通常可以在可見光波段觀測到兩個峰值，一個在藍光段（400-500nm），另一個在紅光段（600-700nm）。關于氧化石墨烯發射熒光的機理，學界仍有爭論。此外，氧化石墨烯的熒光發射會隨著還原的進行逐漸變化，在輕度化學還原過程中觀察到GO光致發光光譜發生紅移，這一發現與其他人觀察到的發生藍移的現象相矛盾。這從另一個方面說明了氧化石墨烯結構的復雜性和性質的多樣性。將氧化石墨暴露在強脈沖光線下，例如氙氣燈也能得到石墨烯。北京改性氧化石墨目前醫學界面臨的一個棘手的難題是對大面積骨組織缺損的修復。其中，干細胞***可能是一種很有前途...

氧化石墨烯經還原處理后，對于提高其導電性、比表面等大有裨益，使得石墨烯可以應用于對于導電性、導熱性等要求更高的應用中。在還原過程，含氧官能團的去除和控制過程本身也可成為石墨烯改性的一種方式，根據還原方式的不同得到的石墨烯也具有不同的特性和應用場景。例如，通過熱還原方式得到的還原氧化石墨烯結構、形貌、組分可通過還原條件進行適當的調控。Dou等1人介紹了在氬氣流下在1100-2000°C的溫度范圍內進行熱處理得到的石墨烯結構和吸附性能的研究。所得到石墨烯粉體材料的表面積增加至超過起始前驅體材料四倍，對氧化石墨烯進行熱還原處理提高了氧化石墨烯的熱學性能，賦予了氧化石墨烯材料熱管理方面的應用。從微觀方...

氧化石墨烯（GO）在很寬的光譜范圍內具有光致發光性質，同時也是高效的熒光淬滅劑。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光學性質和多樣化的可修飾性，為石墨烯在光學、光電子學領域的應用提供了一個功能可調控的強大平臺[6]，其在光電領域的應用日趨***。氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（RGO）應用于光電傳感，主要是作為電子給體或者電子受體材料。作為電子給體材料時，利用的是其在光的吸收、轉換、發射等光學方面的特殊性質，作為電子受體材料時，利用的是其優異的載流子遷移率等電學性質。本書前面的內容中對氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）的電學性質已經有了比較詳細的論述，本章在介紹其在光電領域的應用之前，首...