GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3 nm。扫描隧道显微镜照片表明，在氧化石墨中氧原子排列为矩形。制备氧化石墨性能随着材料领域的扩张，人们对于材料的功能性需求更为严苛，迫切需要在交通运输、建筑材料、能量存...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...

在推动以氧化石墨烯为载体的新药进入临床试验前，势必会面临诸多挑战：（1）优化氧化石墨烯的制备方法及生产工艺，使其具有可重复性，并能精确控制氧化石墨烯的尺寸和质量；（2）比较好使用剂量的摸索，找到以氧化石墨烯为载体的***疗效和毒性之间的平衡点；（3）其他表面修饰剂的开发，需具有良好生物相容性且修饰后的氧化石墨烯能在短时间内被生物体***；（4）毒理学方法的进一步规范，系统阐明以氧化石墨烯为载体***的潜在毒性；（5）体内外模型的建立，***评价氧化石墨烯***的生物相容性，使其能更好地转化到临床。此外，以氧化石墨烯为载体的***在大规模工业化生产和应用时，还需考虑到对人体和环境的不利影响，是否...

Su等人28利用氢碘酸和抗坏血酸对PET基底上的多层氧化石墨烯薄膜进行化学还原，得到30nm厚的RGO薄膜，并测试了其渗透性能。实验发现，对He原子和水分子完全不能透过。而厚度超过100 nm的RGO薄膜对几乎所有气体、液体和腐蚀性化学试剂（如HF）是高度不可渗透的。特殊的阻隔性能归因于石墨烯层压板的高度石墨化和在还原过程中几乎没有结构损坏。与此结果相反，Liu等人29已经证明了通过HI蒸气和水辅助分层制备**式超薄rGO膜的简便且可重复的方法，利用rGO膜的毛细管力和疏水性，通过水实现**终的分层。采用真空抽滤在微孔滤膜基底上制备厚度低至20nm的**式rGO薄膜。同时具有良好的生物相容性，...

所采用的石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成GO的方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小、片层厚度、氧化程度（含氧量）、表面电荷和表面所带官能团等不同。GO的生物毒性除了有浓度依赖性，还会因GO原料的不同而呈现出毒性数据的多样性，甚至结论相互矛盾 [2-9]。此外，GO可能与毒性测试中的试剂相互作用，从而影响细胞活性试验数据的有效性，使其产生假阳性结果。如：Macosko与其合作者[10]的研究发现，在细胞活性试验中利用四甲基偶氮唑盐（MTT）试剂与GO作用，GO的存在可以减少蓝色产物的形成。因为在活细胞中，当MTT减少时就说明有同一种颜色产物的生成。因此，基于MTT法试验未能体现出GO的...

光电器件是在微电子技术基础上发展起来的一种实现光与电之间相互转换的器件，其**是各种光电材料，即能够实现光电信息的接收、传输、转换、监测、存储、调制、处理和显示等功能的材料。光电传感器件指的是能够对某种特征量进行感知或探测的光电器件，狭义上*指可将特征光信号转换为电信号进行探测的器件，广义而言，任何可将被测对象的特征转换为相应光信号的变化、并将光信号转换为电信号进行检测、探测的器件都可称之为光电传感器。氧化石墨是一种碳、氧数量之比介于2.1到2.9之间黄色固体，并仍然保留石墨的层状结构，但结构更复杂。附近氧化石墨材料氧化石墨烯基纳滤膜水通量远远大于传统的纳滤膜，但是氧化石墨烯纳滤膜对盐离子的截...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。氧化石墨是由牛津大学的化学家本杰...

光电器件是在微电子技术基础上发展起来的一种实现光与电之间相互转换的器件，其**是各种光电材料，即能够实现光电信息的接收、传输、转换、监测、存储、调制、处理和显示等功能的材料。光电传感器件指的是能够对某种特征量进行感知或探测的光电器件，狭义上*指可将特征光信号转换为电信号进行探测的器件，广义而言，任何可将被测对象的特征转换为相应光信号的变化、并将光信号转换为电信号进行检测、探测的器件都可称之为光电传感器。氧化石墨烯（GO）是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医学和复合材料的理想材料。改性氧化石墨厂家报价当前社会的快速发展造成了严重的重金属离子污染，重金属离子毒性大、分布广、难降解，一旦进入生态环...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。氧化石墨可以通过...

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6 um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。扫描隧道显微镜照片表明...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。同时具有良好的生物相容性，超薄的...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。氧化石墨中存在大量亲水基团(如羧基与羟基)，在水溶液中容...

解决GO在不同介质中的解理和分散等问题是实现GO广泛应用的重要前提。此外，不同的应用体系往往要不同的功能体现和界面结合等特征，故而要经常对GO表面进行修饰改性。GO本身含有丰富的含氧官能团，也可在GO表面引入其他功能基团，或者利用GO之间和GO与其它物质间的共价键或非共价键作用进行化学反应接枝其他官能团。由于GO结构的不确定性，以上均属于一大类复杂的GO化学，导致采用化学方式对GO进行修饰与改性机理复杂化，很难得到结构单一的产品。尽管面临诸多难以解释清楚的问题，但是对GO复合材料优异性能的期望使得非常必要总结对GO进行修饰改性的常用方法和技术，同时也是氧化石墨烯相关材料应用能否实现稳定、可控规...

氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物，即活性氧。大量的实验研究已经确认细胞经不同浓度的GO处理后，都会增加细胞中活性氧的量。而活性氧的量可以通过商业化的无色染料染色后利用流式细胞仪或荧光显微镜检测到。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。氧化应激反应不仅与GO的浓度[17,18]有关，还与GO的氧化程度[19]有关。如将蠕虫分别置于10μg/ml和20μg/ml的PLL-PEG修饰的GO溶液中，GO会引起蠕虫细胞内活性氧的积累，其活性氧分别增加59.2%和75.3%。关于GO...

RGO制备简单、自身具有受还原程度调控的带隙，可以实现超宽谱（从可见至太赫兹波段）探测。氧化石墨烯的还原程度对探测性能有***影响，随着氧化石墨烯还原程度的提高，探测器的响应率可以提高若干倍以上。因此，在CVD石墨烯方案的基础上，研究者开始尝试使用还原氧化石墨烯制备类似结构的光电探测器。对于RGO-Si器件，带间光子跃迁以及界面处的表面电荷积累，是影响光响应的重要因素[72]。2014年，Cao等[73]将氧化石墨烯分散液滴涂在硅线阵列上，而后通过热处理对氧化石墨烯进行热还原，制得了硅纳米线阵列(SiNW)-RGO异质结的室温超宽谱光探测器。该探测器在室温下，***实现了从可见光(532nm)...

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]...

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3 nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9 nm，计算出水合半径小于0.45 nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45 nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7 nm，以从水中筛分水合Na +（水合半径为0.36nm）。 通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力...

GO作为一种新型的药物载体材料，以其良好的生物相容性、较高的载药率、靶向给药等方面得到广泛的关注。GO作为递送药物的载体，它不仅可以负载小分子药物，也可以与抗体、DNA、蛋白质等大分子结合，如图7.2所示。普通的有机药物很多都含有π结构，而这些药物的水溶性都非常差，而GO具有较好的亲水性，因此可以借助分散性较好的GO基材料来解决这个问题，即将上述药物负载到GO基材料上，形成GO-药物混合物材料。这对改善难溶***物的水溶性，降低药物不良反应以及提高药物稳定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意义。氧化石墨可以用于提高环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的导热性能。制造氧化石墨使用方法近年来研究者发...

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6 um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。与石墨烯量子点类似，氧...

所采用的石墨原料片径大小、纯度高低等以及合成GO的方法不同，因此导致所合成出来的GO片的大小、片层厚度、氧化程度（含氧量）、表面电荷和表面所带官能团等不同。GO的生物毒性除了有浓度依赖性，还会因GO原料的不同而呈现出毒性数据的多样性，甚至结论相互矛盾 [2-9]。此外，GO可能与毒性测试中的试剂相互作用，从而影响细胞活性试验数据的有效性，使其产生假阳性结果。如：Macosko与其合作者[10]的研究发现，在细胞活性试验中利用四甲基偶氮唑盐（MTT）试剂与GO作用，GO的存在可以减少蓝色产物的形成。因为在活细胞中，当MTT减少时就说明有同一种颜色产物的生成。因此，基于MTT法试验未能体现出GO的...

与石墨烯量子点类似，氧化石墨烯量子点也具备一些特殊的性质。当GO片径达到若干纳米量级的时候将会出现明显的限域效应，其光学性质会随着片径尺寸大小发生变化[48]，当超过某上限后氧化石墨烯量子点的性质相当接近氧化石墨烯，这就提供了一种通过控制片径尺寸分布改变氧化石墨烯量子点光响应的手段。与GO类似，这种pH依赖来源于自由型zigzag边缘的质子化或者去质子化。同样，这也可以解释以GO为前驱体通过超声-水热法得到的石墨烯量子点的光发射性能，在蓝光区域其光发射性能取决于zigzag边缘状态，而绿色的荧光发射则来自于能级陷阱的无序状态。通过控制氧化石墨烯量子点的氧化程度，可以控制其发光的波长。这一类量子...

氧化石墨烯同时具有荧光发射和荧光淬灭特性，广义而言，其自身已经可以作为一种传感材料，在生物、医学领域的应用充分说明了这一点。经过功能化的氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在更加***的领域内得到了应用，特别在光探测、光学成像、新型光源、非线性器件等光电传感相关领域有着丰富的应用。光电探测器是石墨烯问世后**早应用的领域之一。2009 年, Xia 等利用机械剥离的石墨烯制备出了***个石墨烯光电探测器（MGPD）[2]，如图9.6，以1-3 层石墨烯作为有源层，Ti/Pd/Au 作源漏电极，Si 作为背栅极并在其上沉淀300nm 厚的SiO2，在电极和石墨烯的接触面上因为功函数的不同，能带会发生弯曲并...

氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、7...

GO作为一种新型的药物载体材料，以其良好的生物相容性、较高的载药率、靶向给药等方面得到广泛的关注。GO作为递送药物的载体，它不仅可以负载小分子药物，也可以与抗体、DNA、蛋白质等大分子结合，如图7.2所示。普通的有机药物很多都含有π结构，而这些药物的水溶性都非常差，而GO具有较好的亲水性，因此可以借助分散性较好的GO基材料来解决这个问题，即将上述药物负载到GO基材料上，形成GO-药物混合物材料。这对改善难溶***物的水溶性，降低药物不良反应以及提高药物稳定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意义。调控反应过程中氧化条件，减少面内大面积反应，减少缺陷，提升还原效率。合成氧化石墨使用方法太赫兹技术...

氧化石墨烯/还原氧化石墨烯在光电传感领域的应用，其基本依据是本章前面部分所涉及到的各种光学性质。氧化石墨烯因含氧官能团的存在具备了丰富的光学特性，在还原为还原氧化石墨烯的过程中，不同的还原程度又具备了不同的性质，从结构方面而言，是其SP2碳域与SP3碳域相互分割、相互影响、相互转化带来了如此丰富的特性。也正是这些官能团的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各种基于溶液的方法适应多种场合的需要，克服了CVD和机械剥离石墨烯在转移和大面积应用时存在的缺点，也正是这些官能团的存在，使其便于实现功能化修饰，为其在不同场景的应用提供了一个广阔的平台。GO表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化...

石墨烯可与多种传统半导体材料形成异质结，如硅[64][65][66]，锗[67]，氧化锌[68]，硫化镉[69]、二硫化钼[70]等。其中，石墨烯/硅异质结器件是目前研究**为***、光电转换效率比较高（AM1.5）的一类光电器件。基于硅-石墨烯异质结光电探测器（SGPD），获得了极高的光伏响应[71]。相比于光电流响应，它不会因产生焦耳热而产生损耗。基于化学气象沉积法（CVD）生长的石墨烯光电探测器有很多其独特的优点。首先有极高的光伏响应，其次有极小的等效噪声功率可以探测极微弱的信号，常见的硅-石墨烯异质结光电探测器结构如图9.8所示。氧化石墨烯（GO）是印刷电子、催化、储能、分离膜、生物医...

由于GO表面具有较高的亲和力，蛋白质可以吸附在GO表面，因此在生物液体中可以通过蛋白质来调节GO与细胞膜的相互作用。如，血液中存在着大量的血清蛋白，可能会潜在的影响GO的毒性。Ge与其合作者[16]利用电子显微镜技术就观察到牛血清蛋白可以降低GO对细胞膜的渗透性，抑制了GO对细胞膜的破坏，同时降低了GO的细胞毒性。基于分子动力学研究分析，他们推断可能是由于GO-蛋白质之间的作用削弱了GO-磷脂之间的相互作用。与此同时，GO对人血清蛋白的影响也被其他科研工作者所发现，特别是他们观察到了GO可以抑制人血清蛋白与胆红素之间的作用。因此，GO与血清蛋白之间是相互影响的。GO的掺量对于水泥复合材料的提升...

氧化石墨烯因独特的结构和性质受到了人们的***关注，其生物相容性的研究已经积累了一定的研究基础，但氧化石墨烯在实际应用中仍然面临很多困难和挑战。首先，氧化石墨烯制备方法的多样性和生物系统的复杂性，会***影响其在体内外的生物相容性，导致研究结果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性问题不能简单归纳得出结论，需要综合多方面的因素进行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取决于时间和本身的浓度，其***机理需要进一步的研究。***，氧化石墨烯对机体的长期毒性以及氧化石墨烯进入细胞的机制、与细胞之间相互作用的机理、细胞／体内代谢途径等尚不清晰。这些问题关乎氧化石墨烯在生物医学领域应用中的安全问题和环...

氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、7...

近年来研究者发现石墨烯由于它独特的零带隙结构，对所有波段的光都无选择性的吸收，且具有超快的恢复时间和较高的损伤阈值。因此利用石墨烯独特的非线性可饱和吸收特性将其制作成可饱和吸收体应用于调Q掺铒光纤激光器、被动锁模光纤激光器已经成为超快脉冲激光器研究领域的热点。2009年，Bao等[82]人使用单层石墨烯作为锁模光纤激光器的可饱和吸收体首先实现了通信波段的超短孤子脉冲输出，脉冲宽度达到了756fs。他们证实了由于泡利阻塞原理，零带隙材料石墨烯在强激光激发下可以容易的实现可饱和吸收，而且这种可饱和吸收是与频率不相关的，即石墨烯作为可饱和吸收体可实现对所有波长的光都有可饱和吸收作用。氧化石墨仍然保留...