石墨烯材料的超声与分散

石墨烯因其高比表面积、强范德华力，极易发生团聚，超声分散是石墨烯液相分散常用且有效的手段之一，其核心是利用超声波的空化效应、机械振动效应，打破石墨烯片层间的团聚，实现单分散或少层分散。

一、 超声分散石墨烯的作用机制

空化效应

超声波在液体介质中传播时，会产生周期性的高压和低压交替过程。低压阶段会形成大量微小的空化泡，高压阶段空化泡迅速破裂，产生瞬时的局部高温（可达数千 K）、高压（可达数百 MPa）和强烈的冲击波、微射流。

这些作用力可以直接撕裂石墨烯的团聚体，剥离厚层石墨烯为少层甚至单层石墨烯，同时阻止片层重新团聚。

机械振动效应

超声波的高频机械振动会带动液体和石墨烯颗粒一起振动，颗粒间发生高频碰撞与摩擦，辅助分散团聚体，提升分散均匀性。

二、 超声分散石墨烯的关键影响因素

超声设备类型

探头式超声（超声细胞破碎仪）：能量集中，空化效应强，分散效率高，适合实验室小体积样品的快速分散和石墨烯剥离，缺点是探头易磨损污染样品，且局部能量过高可能破坏石墨烯片层结构。

槽式超声清洗机：能量分布均匀，样品无污染，适合大体积、多样品的温和分散，但能量密度低，分散和剥离效果弱于探头式超声。

超声参数

功率与时间：功率过低无法有效打破团聚；功率过高、时间过长则会破坏石墨烯的共轭结构，产生缺陷，甚至切割石墨烯片层，降低其性能。

一般实验室探头式超声功率选择 100–500 W，时间 10–60 min，具体需根据石墨烯浓度和分散体系调整。

超声模式：连续超声易导致体系升温，加剧石墨烯氧化；间歇超声（如超声 5 s，暂停 2 s） 可有效控温，减少结构破坏，是更常用的操作方式。