太赫茲技術可用于醫學診斷與成像、反恐安全檢查、通信雷達、射電天文等領域，將對技術創新、國民經濟發展以及**等領域產生深遠的影響。作為極具發展潛力的新技術，2004年，美國**將THz科技評為“改變未來世界的**技術”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱**重點戰略目標”**，舉全國之力進行研發。傳統的寬帶THz波可以通過光整流、光電導天線、激光氣體等離子體等方法產生，窄帶THz波可以通過太赫茲激光器、光學混頻、加速電子、光參量轉換等方法產生。碳基填料可以提高聚合物的熱導率，但無法像提高導電性那么明顯，甚至低于有效介質理論。合成氧化石墨型號氧化石墨烯（GO）與石墨烯的另...

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用，其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質，從結構方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要，克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點，也正是這些官能團的存在，使其便于實現功能化修飾，為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。石墨烯在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數。烏蘭察布附近氧...

氧化石墨烯（GO）的光學性質與石墨烯有著很大差別。石墨烯是零帶隙半導體，在可見光范圍內的光吸收系數近乎常數（～2.3%）；相比之下，氧化石墨烯的光吸收系數要小一個數量級（～0.3%）[9][10]。而且，氧化石墨烯的光吸收系數是波長的函數，其吸收曲線峰值在可見光與紫外光交界附近，隨著波長向近紅外一端移動，吸收系數逐漸下降。對紫外光的吸收（200-320nm）會表現出明顯的π-π*和n-π*躍遷，而且其強度會隨著含氧基團的出現而增加[11]。氧化石墨烯（GO）的光響應對其含氧基團的數量十分敏感[12]。隨著含氧基團的去除，氧化石墨烯（GO）在可見光波段的的光吸收率迅速上升，**終達到2.3%這一...

GO膜在水處理中的分離機理尚存在諸多爭議。一種觀點認為通過尺寸篩分以及帶電的目標分離物與納米孔之間的靜電排斥機理實現分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構成：1）氧化石墨烯分離膜中不規則褶皺結構形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結構缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認為干態下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3nm。石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小有差異。官能化氧化石墨納米材料近年來研究者發現石墨烯由于它獨特的零帶隙結構，對所有波...

所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度（含氧量）、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性，甚至結論相互矛盾[2-9]。此外，GO可能與毒性測試中的試劑相互作用，從而影響細胞活性試驗數據的有效性，使其產生假陽性結果。如：Macosko與其合作者[10]的研究發現，在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽（MTT）試劑與GO作用，GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中，當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此，基于MTT法試驗未能體現出GO的細...

Su等人28利用氫碘酸和抗壞血酸對PET基底上的多層氧化石墨烯薄膜進行化學還原，得到30nm厚的RGO薄膜，并測試了其滲透性能。實驗發現，對He原子和水分子完全不能透過。而厚度超過100nm的RGO薄膜對幾乎所有氣體、液體和腐蝕性化學試劑（如HF）是高度不可滲透的。特殊的阻隔性能歸因于石墨烯層壓板的高度石墨化和在還原過程中幾乎沒有結構損壞。與此結果相反，Liu等人29已經證明了通過HI蒸氣和水輔助分層制備**式超薄rGO膜的簡便且可重復的方法，利用rGO膜的毛細管力和疏水性，通過水實現**終的分層。采用真空抽濾在微孔濾膜基底上制備厚度低至20nm的**式rGO薄膜。氧化石墨的親水性好，易于分散...

（1）將GO作為熒光共振能量轉移的受體，構建熒光共振能量轉移型氧化石墨烯生物傳感器，用于檢測各種生物分子。（2）可以將一些抗體鍵合在GO表面，構建成抗體型氧化石墨烯傳感器，通常是將GO作為熒光共振能量轉移或化學發光共振能量轉移的受體，以此來檢測抗原物質；或者利用GO比表面積較大能結合更多抗體的特點，將檢測信號進行進一步放大。（3）構建多肽型氧化石墨烯傳感器。因為GO是一種邊緣含有親水基團（-COOH，-OH及其他含氧基團）而基底具有高疏水性的兩性物質，當多肽與GO孵育時，多肽的芳環和其他疏水性殘基與GO的疏水性基底堆積，同時二者部分殘基之間也會存在靜電作用，這樣多肽組裝在GO上形成了多肽型氧化...

還原氧化石墨烯（RGO）在邊緣處和面內缺陷處具有豐富的分子結合位點，使其成為一種很有希望的電化學傳感器材料。結合原位還原技術，有很多研究使用諸如噴涂、旋涂等基于溶液的技術手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具備石墨烯相關性質的器件，以期在一些場合替代CVD制備的石墨烯。結構決定性質。氧化石墨烯（GO）的能級結構由sp3雜化和sp2雜化的相對比例決定[6]，調節含氧基團相對含量可以實現氧化石墨烯（GO）從絕緣體到半導體再到半金屬性質的轉換從微觀方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能團也對水泥基復合材料的力學性能有影響。浙江改性氧化石墨RGO制備簡單、自身具有受還原程度調控的帶隙，可以實現超...

氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性，廣義而言，其自身已經可以作為一種傳感材料，在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用，特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器（MGPD）[2]，如圖9.6，以1-3層石墨烯作為有源層，Ti/Pd/Au作源漏電極，Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

氧化石墨烯同時具有熒光發射和熒光淬滅特性，廣義而言，其自身已經可以作為一種傳感材料，在生物、醫學領域的應用充分說明了這一點。經過功能化的氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在更加***的領域內得到了應用，特別在光探測、光學成像、新型光源、非線性器件等光電傳感相關領域有著豐富的應用。光電探測器是石墨烯問世后**早應用的領域之一。2009年,Xia等利用機械剝離的石墨烯制備出了***個石墨烯光電探測器（MGPD）[2]，如圖9.6，以1-3層石墨烯作為有源層，Ti/Pd/Au作源漏電極，Si作為背柵極并在其上沉淀300nm厚的SiO2，在電極和石墨烯的接觸面上因為功函數的不同，能帶會發生彎曲并產生內建電場。...

配體交換作用即：氧化石墨烯上原有的配位體被溶液中的金屬離子所取代，并以配位鍵的形式生成不溶于水的配合物，**終通過簡單的過濾即可從溶液中去除。Tang等47對Fe與GO（質量比為1：7.5）復合及Fe與Mn（摩爾比為3∶1）復合的氧化石墨烯/鐵-錳復合材料（GO/Fe-Mn）進行了吸附研究，通過一系列的實驗表明，氧化石墨烯對Hg2+的吸附機理主要是配體交換作用，其比較大吸附量達到32.9mg/g。Hg2+可在水環境中形成Hg(OH)2，與鐵錳氧化物中的活性點位（如-OH）發生配體交換作用，從而將Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/鐵-錳復合材料上，達到去除水環境中Hg2+的目的。氧化石墨烯經一定功...

氧化石墨烯（GO）是一種兩親性材料，在生理條件中一般帶有負電荷，通過對GO的修飾可以改變電荷的大小，甚至使其帶上正電荷，如利用聚合物或樹枝狀大分子等聚陽離子試劑。在細胞中，GO可能會與疏水性的、帶正電荷或帶負電荷的物質進行相互作用，如細胞膜、蛋白質和核酸等，因此會誘導GO產生毒性。因此在本節中，我們主要探討GO在細胞（即體外）和體內試驗中產生已知的毒性效應，以及產生毒性的可能原因。石墨烯材料的結構特點主要由三個參數決定：(a)層數、(b)橫向尺寸和(c)化學組成即碳氧比例）。石墨烯微片的缺陷有時使其無法滿足某些復合材料在抗靜電或導電、隔熱或導熱等方面的特殊要求。無污染氧化石墨性能在GO還原成R...

氧化石墨烯因獨特的結構和性質受到了人們的***關注，其生物相容性的研究已經積累了一定的研究基礎，但氧化石墨烯在實際應用中仍然面臨很多困難和挑戰。首先，氧化石墨烯制備方法的多樣性和生物系統的復雜性，會***影響其在體內外的生物相容性，導致研究結果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性問題不能簡單歸納得出結論，需要綜合多方面的因素進行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取決于時間和本身的濃度，其***機理需要進一步的研究。***，氧化石墨烯對機體的長期毒性以及氧化石墨烯進入細胞的機制、與細胞之間相互作用的機理、細胞／體內代謝途徑等尚不清晰。這些問題關乎氧化石墨烯在生物醫學領域應用中的安全問題和環...

石墨烯可與多種傳統半導體材料形成異質結，如硅[64][65][66]，鍺[67]，氧化鋅[68]，硫化鎘[69]、二硫化鉬[70]等。其中，石墨烯/硅異質結器件是目前研究**為***、光電轉換效率比較高（AM1.5）的一類光電器件?；诠?石墨烯異質結光電探測器（SGPD），獲得了極高的光伏響應[71]。相比于光電流響應，它不會因產生焦耳熱而產生損耗?；诨瘜W氣象沉積法（CVD）生長的石墨烯光電探測器有很多其獨特的優點。首先有極高的光伏響應，其次有極小的等效噪聲功率可以探測極微弱的信號，常見的硅-石墨烯異質結光電探測器結構如圖9.8所示。石墨烯微片的缺陷有時使其無法滿足某些復合材料在抗靜電或導...

所采用的石墨原料片徑大小、純度高低等以及合成GO的方法不同，因此導致所合成出來的GO片的大小、片層厚度、氧化程度（含氧量）、表面電荷和表面所帶官能團等不同。GO的生物毒性除了有濃度依賴性，還會因GO原料的不同而呈現出毒性數據的多樣性，甚至結論相互矛盾[2-9]。此外，GO可能與毒性測試中的試劑相互作用，從而影響細胞活性試驗數據的有效性，使其產生假陽性結果。如：Macosko與其合作者[10]的研究發現，在細胞活性試驗中利用四甲基偶氮唑鹽（MTT）試劑與GO作用，GO的存在可以減少藍色產物的形成。因為在活細胞中，當MTT減少時就說明有同一種顏色產物的生成。因此，基于MTT法試驗未能體現出GO的細...

GO在生理學環境下容易發生聚**影響其負載藥物的能力，因此需要對GO進行功能化修飾來解決其容易團聚的問題。目前功能化修飾主要有以下幾種：（1）共價鍵修飾，由于GO表面豐富的含氧官能團（羥基、羧基、環氧基），可與多種親水性大分子通過酯鍵、酰胺鍵等共價鍵連接完成功能化，改善其穩定性、生物相容性等。常見的大分子有聚乙二醇(PEG)、聚賴氨酸、聚丙烯(PAA)和聚醚酰亞胺(PEI)等；（2）非共價鍵修飾[22-24]，GO片層內碳原子共同形成一個大的π鍵，能夠通過非共價π-π作用與芳香類化合物相互結合，不同種類的生物分子也可以通過氫鍵作用、范德華力和疏水作用等非共價作用力與GO結構中的SP2雜化部分結...

氧化石墨烯（GO）的比表面積很大，而厚度只有幾納米，具有兩親性，表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用，易于化學修飾，同時具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外，GO具有獨特的電子結構性能，可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體（染料分子、量子點及上轉換納米材料）的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現，將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體，石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體，以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、7...

使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當尺寸的間隔物來調節GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內的目標離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3nm，真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9nm，計算出水合半徑小于0.45nm的物質可以通過氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45nm的物質被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7nm，以從水中篩分水合Na+（水合半徑為0.36nm）。通過部分還原GO以減小水合官能團的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價鍵合以克服水合力，可以獲得這種...

與石墨烯量子點類似，氧化石墨烯量子點也具備一些特殊的性質。當GO片徑達到若干納米量級的時候將會出現明顯的限域效應，其光學性質會隨著片徑尺寸大小發生變化[48]，當超過某上限后氧化石墨烯量子點的性質相當接近氧化石墨烯，這就提供了一種通過控制片徑尺寸分布改變氧化石墨烯量子點光響應的手段。與GO類似，這種pH依賴來源于自由型zigzag邊緣的質子化或者去質子化。同樣，這也可以解釋以GO為前驅體通過超聲-水熱法得到的石墨烯量子點的光發射性能，在藍光區域其光發射性能取決于zigzag邊緣狀態，而綠色的熒光發射則來自于能級陷阱的無序狀態。通過控制氧化石墨烯量子點的氧化程度，可以控制其發光的波長。這一類量子...

氧化石墨烯因獨特的結構和性質受到了人們的***關注，其生物相容性的研究已經積累了一定的研究基礎，但氧化石墨烯在實際應用中仍然面臨很多困難和挑戰。首先，氧化石墨烯制備方法的多樣性和生物系統的復雜性，會***影響其在體內外的生物相容性，導致研究結果的不一致，因此氧化石墨烯的生物相容性問題不能簡單歸納得出結論，需要綜合多方面的因素進行深入研究。其次，氧化石墨烯的***活性又取決于時間和本身的濃度，其***機理需要進一步的研究。***，氧化石墨烯對機體的長期毒性以及氧化石墨烯進入細胞的機制、與細胞之間相互作用的機理、細胞／體內代謝途徑等尚不清晰。這些問題關乎氧化石墨烯在生物醫學領域應用中的安全問題和環...

氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環氧基、羰基等親水性的活性基團，且片層間距較大，使得氧化石墨烯具有超大比表面積和***的離子交換能力。GO的結構與水通蛋白相類似，而蛋白質本身具有優異的離子識別功能，由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸等領域可能具有潛在的應用價值1-3。GO經過超聲可以穩定地分散在水中，再通過傳統成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后，GO微片可呈現肉眼可見的層狀薄膜堆疊，在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。除此之外，GO由于片層間存在較強的氫鍵，力學性能優異，易脫離基底而**存在?；贕O薄膜制備方法簡單、成本低、高通透性和高選擇性等優點，其在水凈化...

太赫茲技術可用于醫學診斷與成像、反恐安全檢查、通信雷達、射電天文等領域，將對技術創新、國民經濟發展以及**等領域產生深遠的影響。作為極具發展潛力的新技術，2004年，美國**將THz科技評為“改變未來世界的**技術”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術列為“國家支柱**重點戰略目標”**，舉全國之力進行研發。傳統的寬帶THz波可以通過光整流、光電導天線、激光氣體等離子體等方法產生，窄帶THz波可以通過太赫茲激光器、光學混頻、加速電子、光參量轉換等方法產生。石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標。附近氧化石墨粉體氧化石墨烯（GO）的光學性質與石墨烯有著很大...

GO作為新型的二維結構的納米材料，具有疏水性中間片層與親水性邊緣結構，特殊的結構決定其優異的***特性。GO的***活性主要有以下幾種機制：（1）機械破壞，包括物理穿刺或者切割；（2）氧化應激引發的細菌/膜物質破壞；（3）包覆導致的跨膜運輸阻滯和（或）細菌生長阻遏；（4）磷脂分子抽提理論。GO作用于細菌膜表面的殺菌機制中，主要是GO與起始分子反應（MolecularInitiatingEvents，MIEs）[51]的作用（圖7.3），包括GO表面活性引發的磷脂過氧化，GO片層結構對細菌膜的嵌入、包裹以及磷脂分子的提取，GO表面催化引發的活性自由基等。另外，GO的尺寸在上述不同的***機制中對...

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能團含有孤對電子，可作為配位體與具有空的價電子軌道的金屬離子發生絡合反應，生成不溶于水的絡合物，從而有效去除溶液中的金屬離子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯復合材料（EDTA-GO），通過研究發現其對金屬離子的吸附機制主要為絡合反應，即氧化石墨烯的表面官能團與水中的金屬離子反應形成復雜的絡合物，具體過程如圖8.7所示，由于形成的絡合物不溶于水，可通過沉淀等作用分離去除水中的金屬離子。氧化石墨能夠應用在交通運輸、建筑材料、能量存儲與轉化等領域。合成氧化石墨售價氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環氧基、羰基等親水性的活性基團，且片層間距...

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領域的應用，其基本依據是本章前面部分所涉及到的各種光學性質。氧化石墨烯因含氧官能團的存在具備了豐富的光學特性，在還原為還原氧化石墨烯的過程中，不同的還原程度又具備了不同的性質，從結構方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉化帶來了如此豐富的特性。也正是這些官能團的存在，使得氧化石墨烯可以方便的采用各種基于溶液的方法適應多種場合的需要，克服了CVD和機械剝離石墨烯在轉移和大面積應用時存在的缺點，也正是這些官能團的存在，使其便于實現功能化修飾，為其在不同場景的應用提供了一個廣闊的平臺。通過調控氧化石墨烯的結構，降低氧化程度，降低難分解的芳香...

GO的載藥作用也可促進間充質干細胞的成骨分化。如用攜帶正電荷NH3+的GO（GO-NH3+）和攜帶負電荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替層疊使其**外層為GO-COOH-，以這種GO作為載體，攜帶骨形態發生蛋白-2（BMP-2）和P物質（SP）附著到鈦（Ti）種植體上，結果以Ti為基底，表面覆蓋GO-COOH-，攜帶BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）種植體周圍的新骨生成量要明顯多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。這證明GO可以同時攜帶BMP-2和SP到達局部并緩慢釋放，增加局部BMP-2和SP的有效劑量且發揮生物活性作用[89,90]...

氧化石墨烯（GO）的比表面積很大，而厚度只有幾納米，具有兩親性，表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用，易于化學修飾，同時具有良好的生物相容性，超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外，GO具有獨特的電子結構性能，可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體（染料分子、量子點及上轉換納米材料）的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現，將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體，石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體，以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、7...

由于較低的毒性和良好的生物相容性，石墨烯材料在細胞成像方面**了一股研究熱潮。石墨烯及其衍生物本身具有特殊的平面結構和光學性質，或者經過熒光染料分子標記之后，可用于體外細胞與***光學成像[63-66]，使其在**顯像和***方面具有很大的應用前景。Dai課題組[67]***利用納米尺寸的聚乙二醇功能化氧化石墨烯(GO-PEG)的近紅外發光性質用于細胞成像。他們將抗體利妥昔單抗（anti-CD20）與納米GO-PEG共價結合形成納米GO-PEG-anti-CD20，然后將納米GO-PEG和納米GO-PEG-anti-CD20與B細胞或T細胞在培養液中4℃培養1h，培養液中納米GO-PEG的濃度...