超声波液体乳化仪石墨烯剥离处理

实验结果表明，超声波功率、处理时间和溶剂类型对石墨烯剥离效果具有显著影响。当超声波功率达到400W时，石墨片层开始出现明显的剥离现象，此时超声波空化效应产生的微射流和冲击波足以克服石墨层间的范德华力。值得注意的是，功率超过600W后，剥离效率提升趋缓，但石墨烯片层破损率显著增加，这可能是由于过强的机械力导致已剥离薄片发生二次断裂。
在时间维度上，剥离过程呈现典型的非线性特征。前30分钟为快速剥离期，石墨烯产量随时间呈指数增长；随后进入平台期，此时溶液中未剥离石墨原料与已剥离石墨烯达到动态平衡。通过引入N-甲基吡咯烷酮（NMP）等极性溶剂，可有效延长快速剥离期，这得益于溶剂分子对石墨边缘的插层作用降低了剥离能垒。
原子力显微镜（AFM）测试显示，优化工艺制备的石墨烯薄片厚度集中在0.8-1.2nm范围，对应3-4层石墨烯结构。拉曼光谱中2D峰（~2680cm⁻¹）的半高宽与G峰（~1580cm⁻¹）强度比证实了产物的少层特性。值得注意的是，超声剥离产物的ID/IG值（0.12±0.03）显著低于氧化还原法制备样品（通常>1.0），表明该方法能较好地保留石墨烯的sp²杂化结构。
电化学测试表明，该石墨烯材料在1M H₂SO₄电解液中表现出优异的双电层电容特性（比电容达180F/g），其倍率性能明显优于商业化石墨烯产品。这主要归因于超声剥离形成的边缘富集结构提供了更多的离子吸附位点，同时保留的完整共轭体系确保了良好的电子传导网络。
‍本研究证实超声波液体乳化仪可作为一种高效、低损伤的石墨烯制备工具，通过精确调控空化强度与溶剂体系，实现了石墨烯产量与质量的协同优化。未来研究可重点关注以下方向：（1）开发具有定向空化效应的新型超声反应器，以提升剥离产物的尺寸均一性；（2）探索生物基溶剂的适用性，进一步降低制备过程的环境负荷；（3）将超声剥离与其他物理/化学方法耦合，构建绿色高效的二维材料制备新体系。这些突破将为石墨烯的规模化应用提供更可靠的材料基础。

超声波液体乳化仪石墨烯剥离处理