超声解锁高质量薄层石墨烯制备

超声解锁高质量薄层石墨烯制备 – 超声石墨烯制备 – 上海瀚翎

目前发现的最薄、强度最高的二维纳米材料，石墨烯凭借超高导电性、优异热传导性及良好力学性能，在能源、电子、医疗等领域拥有巨大应用潜力。但其性能发挥高度依赖制备质量，而超声剥离法的出现，为高质量薄层石墨烯的规模化生产提供了关键解决方案。

传统石墨烯制备方法长期面临瓶颈。机械剥离法虽能获得高质量石墨烯，但产量极低，难以满足工业化需求；化学气相沉积法需高温高压条件，设备成本高昂且产物易出现结构缺陷；氧化还原法会引入大量含氧官能团，破坏石墨烯本征结构，导致性能衰减。这些问题极大限制了石墨烯的产业化进程。

超声剥离法以其独特优势打破这一僵局。其核心原理是利用超声波在液体中产生的 “空化效应”—— 液体中的微小气泡在声波作用下周期性膨胀、收缩并破裂，释放出强烈的冲击波与剪切力。

该方法的制备流程简洁可控，主要分为三步。第一步是原料预处理，将天然石墨或人造石墨粉碎后，分散到有机溶剂或含表面活性剂的水溶液中，形成稳定的悬浮液，为后续剥离做准备；第二步是超声处理，将悬浮液放入超声波反应装置，通过调控超声功率、频率和处理时间，控制剥离效率与石墨烯层数，通常超声功率越高、时间越长，剥离越充分，但需避免过度超声导致石墨烯结构破损；第三步是分离提纯，利用离心分离技术去除未剥离的石墨颗粒，再通过过滤或干燥得到高质量薄层石墨烯产品。

相较于传统方法，超声剥离法的优势十分显著。其一，工艺简单，无需复杂设备，大幅降低了生产门槛与成本；其二，制备过程温和，能最大程度保留石墨烯的完整结构，产物缺陷少、质量高；其三，可通过调整工艺参数灵活控制石墨烯层数，满足不同应用场景需求，且易于实现规模化生产。

目前，超声剥离法制备的高质量薄层石墨烯已在多个领域落地应用。在储能领域，它被用于超级电容器电极材料，能显著提升电极的比表面积与导电性，使电容器的能量密度和充放电效率大幅提高；在导热领域，添加到高分子材料中可制备高导热复合材料，用于电子设备散热；在传感领域，其高灵敏度特性使其成为电化学生物传感器的核心元件，可实现对微量物质的精准检测。

技术仍存在待突破的挑战，例如石墨烯分散液浓度较低、长时间超声易导致团聚等问题。未来，通过优化分散体系、开发新型超声设备、结合其他辅助技术，超声剥离法有望进一步提升制备效率与产品质量，推动石墨烯材料在更多高端领域实现产业化应用，为新材料产业发展注入更强动力。

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