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，能带会发生弯曲并产生内建电场。...

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0.3nm。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。制备氧化石墨性能工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药...

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...

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100nm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。GO成为制作传感器极好的基本...

目前医学界面临的一个棘手的难题是对大面积骨组织缺损的修复。其中，干细胞***可能是一种很有前途的解决方案，但是在干细胞的移植过程中，需要可促进和增强细胞成活、附着、迁移和分化并有着良好生物相容性的支架材料。研究已表明氧化石墨烯（GO）具有良好的生物相容性及较低的细胞毒性，可促进成纤维细胞、成骨细胞和间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSC）的增殖和分化[82]，同时GO还可以促进多种干细胞的附着和生长，增强其成骨分化的能力[83-84]。因此受到骨组织再生领域及相关领域研究人员的关注，成为组织工程研究中一种很有潜力的支架材料。GO不*可以单独作为干细胞的载体材料，还可以加...

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）的光学性质与石墨烯有着很大差别。哪些氧化石墨有哪些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...

在光通信领域，徐等人开发了飞秒氧化石墨烯锁模掺铒光纤激光器，与基于石墨烯的可饱和吸收体相比，具有性能有所提升，并且具有易于制造的优点[95]，这是GO/RGO在与光纤结合应用**早的报道之一。在传感领域，Sridevi等提出了一种基于腐蚀布拉格光栅光纤（FBG）外加GO涂层的高灵敏、高精度生化传感器，该方法在检测刀豆球蛋白A中进行了试验[96]。为了探索光纤技术和GO特性结合的优点，文献[97]介绍了不同的GO涂层在光纤样品上应用的特点，还分析了在倾斜布拉格光栅光纤FBG（TFBG）表面增加GO涂层对折射率（RI）变化的影响，论证了这种构型对新传感器的发展的适用性。图9.14给出了归一化的折射...

氧化石墨烯（GO）在很宽的光谱范围内具有光致发光性质，同时也是高效的荧光淬灭剂。氧化石墨烯（GO）具有特殊的光学性质和多样化的可修饰性，为石墨烯在光学、光电子学领域的应用提供了一个功能可调控的强大平台[6]，其在光电领域的应用日趋***。氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）应用于光电传感，主要是作为电子给体或者电子受体材料。作为电子给体材料时，利用的是其在光的吸收、转换、发射等光学方面的特殊性质，作为电子受体材料时，利用的是其优异的载流子迁移率等电学性质。本书前面的内容中对氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）的电学性质已经有了比较详细的论述，本章在介绍其在光电领域的应用之前，首...

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。氧化石墨烯（GO）的光学性质与石...

由于较低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在细胞成像方面**了一股研究热潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面结构和光学性质，或者经过荧光染料分子标记之后，可用于体外细胞与***光学成像[63-66]，使其在**显像和***方面具有很大的应用前景。Dai课题组[67]***利用纳米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近红外发光性质用于细胞成像。他们将抗体利妥昔单抗（anti-CD20）与纳米GO-PEG共价结合形成纳米GO-PEG-anti-CD20，然后将纳米GO-PEG和纳米GO-PEG-anti-CD20与B细胞或T细胞在培养液中4℃培养1h，培养液中纳米GO-PEG的浓度...

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留率还有待提高。Gao等26利用过滤法在氧化石墨烯片层中间混合加入多壁碳纳米管（MWCNTs），复合膜的通量达到113L/（m2.h.MPa），对于盐离子截留率提高，对于Na2SO4截留率可达到83.5%。Sun等27提出了一种全新的、精确可控的基于GO的复合渗透膜的设计思路，通过将单层二氧化钛（TO）纳米片嵌入具有温和紫外（UV）光照还原的氧化石墨烯（GO）层压材料中，所制备的RGO/TO杂化膜表现出优异的水脱盐性能。氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。哪些氧化石墨导热膜GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨...

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...

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...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结...

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0.3nm。GO的掺量对于水泥复合材料的提升效果也有差异。应该怎么做氧化石墨研发由于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G...

尽管氧化石墨烯自身可以发射荧光，但有趣的是它也可以淬灭荧光。这两种看似相互矛盾的性质集于一身，正是由于氧化石墨烯化学成分的多样性、原子和电子层面的复杂结构造成的。众所周知，石墨形态的碳材料可以淬灭处于其表面的染料分子的荧光，同样的，在GO和RGO中存在的SP2区域可以淬灭临近一些物质的的荧光，如染料分子、共轭聚合物、量子点等，而GO的荧光淬灭效率在还原后还有进一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的荧光淬灭效率，研究表明，荧光淬灭特性来自于GO、RGO与辐射发生体之间的荧光共振能量转移或者非辐射偶极-偶极耦合。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...

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1.0～1.6um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。虽然GO具有诸多特性，但...

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。氧化石墨烯（GO...

石墨烯是一种在光子和光电子领域十分有吸引力的材料，与别的材料相比有很多优点[1]。作为一种零带隙材料，石墨烯的光响应谱覆盖了从紫外到THz范围；同时，石墨烯在室温下就有着惊人的电子输运速度，这使得光子或者等离子体转换为电流或电压的速度极快；石墨烯的低耗散率以及可以把电磁场能量限定在一定区域内的性质，带来了很强的光与石墨烯相互作用。虽然还原氧化石墨烯（RGO）缺少本征石墨烯中观测到的电子输运效应以及其它一些凝聚态物质效应，但其易于规模化制备、性质可调等优异特性，使其在传感检测领域展现出极大的应用前景。石墨烯在可见光范围内的光吸收系数近乎常数。绿色氧化石墨价格（1）将GO作为荧光共振能量转移的受体...

氧化石墨烯（GO）与石墨烯的另一个区别是在吸收紫外/可见光后会发出荧光。通常可以在可见光波段观测到两个峰值，一个在蓝光段（400-500nm），另一个在红光段（600-700nm）。关于氧化石墨烯发射荧光的机理，学界仍有争论。此外，氧化石墨烯的荧光发射会随着还原的进行逐渐变化，在轻度化学还原过程中观察到GO光致发光光谱发生红移，这一发现与其他人观察到的发生蓝移的现象相矛盾。这从另一个方面说明了氧化石墨烯结构的复杂性和性质的多样性。通过调控氧化石墨烯的结构，降低氧化程度，降低难分解的芳香族官能团。常规氧化石墨性能光学材料的某些非线性性质是实现高性能集成光子器件的关键。光子芯片的许多重要功能，如全...

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1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm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0.7nm，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，可以获得这种...

GO在生理学环境下容易发生聚**影响其负载药物的能力，因此需要对GO进行功能化修饰来解决其容易团聚的问题。目前功能化修饰主要有以下几种：（1）共价键修饰，由于GO表面丰富的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基），可与多种亲水性大分子通过酯键、酰胺键等共价键连接完成功能化，改善其稳定性、生物相容性等。常见的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚赖氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亚胺(PEI)等；（2）非共价键修饰[22-24]，GO片层内碳原子共同形成一个大的π键，能够通过非共价π-π作用与芳香类化合物相互结合，不同种类的生物分子也可以通过氢键作用、范德华力和疏水作用等非共价作用力与GO结构中的SP2杂化部分结...

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。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...

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。氧化石墨是由牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859年用氯酸钾和浓硝酸混合溶液处理石墨的方法制得。附近氧化石墨使用方法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、...

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...

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。常州第六元素公司可以生产多个型号的氧化石墨。哪些氧化石墨...

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1.0～1.6um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。氧化石墨是由牛津大学的化...

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100nm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。修复石墨烯片层上的缺陷，可以...

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。氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质...

氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似，而蛋白质本身具有优异的离子识别功能，由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中，再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后，GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠，在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。 除此之外，GO由于片层间存在较强的氢键，力学性能优异，易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，其在水净...