石墨烯（二维碳资料）

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化办法构成的蜂窝状平面薄膜，是一种只要一个原子层厚度的准二维资料，所以又叫做单原子层石墨。
它的厚度大约为0.335nm，依据制备办法的不同而存在不同的崎岖，通常在笔直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外一切碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的根本结构单元。很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体自身热力学性质不安稳，在室温环境下会敏捷分化或许蜷曲，所以其不能独自存在。 直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中别离出石墨烯，证明它能够独自存在，关于石墨烯的研讨才开端活泼起来，两人也因而一起取得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯现在最有潜力的运用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来出产未来的超级计算机。用石墨烯替代硅，计算机处理器的运转速度将会快数百倍。别的，石墨烯几乎是彻底通明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它十分细密，即使是最小的气体分子（氦气）也无法穿透。这些特征使得它十分合适作为通明电子产品的质料，如通明的接触显示屏、发光板和太阳能电池板。作为现在发现的最薄、强度最大、导电导热功用最强的一种新式纳米资料，石墨烯被称为“黑金”，是“新资料之王”，科学家乃至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有或许掀起一场席卷全球的颠覆性新技能新产业革新。

石墨烯量子点：

石墨烯量子点是准零维的纳米资料，其内部电子在各方向上的运动都受到约束，所以量子约束效应特别明显，具有许多共同的性质。这或将为电子学、光电学和电磁学范畴带来革新性的改变。运用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物符号和复合微粒体系等方面。石墨烯量子点在生物、医学、资料、新式半导体器材等范畴具有重要潜在运用。能完成单分子传感器，也或许催生超小型晶体管或是运用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制造化学传感器、太阳能电池、医疗成像设备或是纳米级电路等等。

　　巨细不同的量子点结构，其间大的量子点也被称为单电子晶体管（SET），被用作探测器读出周围小量子点内的电荷状况。单电子晶体管多栅极调控的石墨烯串联双量子点器材，经过低温输运，双点的耦合强度能够从弱到强的调理。然后引起遂穿耦合能改变，标明这种高度可控的体系十分有望成为将来无核自旋的量子信息器材。科学家还丈量了栅极调控的双层石墨烯并联双量子点，经过背栅和侧栅电极的调控能够将并联双点调理到不同的耦合区间。从双点耦合的蜂窝图抽取出了相关的耦合%&&&&&%、耦合能等参数的高灵敏度，清楚地探测到量子点内的库仑堵塞信号和激起态能谱，乃至传统输运丈量不到的弱小库仑充电信号也能被探测到。

　　石墨烯量子点（GQD）为根底的资料，或许会使OLED显示器和太阳能电池的出产本钱更低。新的GQD不运用任何有毒金属（如：镉、铅等）。运用GQD为根底的资料，或许使未来OLED面板更轻、更灵敏、本钱更低。

在生物医药范畴，石墨烯量子点极具运用远景。

在生物成像方面，在理论和试验上都已证明，量子约束效应和边效应可诱导石墨烯量子点宣布荧光。在生物医学研讨范畴中，常用荧光符号来标定研讨目标，却会因为过长的激起时刻使得荧光失效被称为光漂白（photo bleaching）使得一般荧光剂在生物医学上的运用受到约束。石墨烯量子点具有安稳的荧光光源，石墨烯量子点在制造时发生的缺点，当氮原子在石墨烯量子点出产中占有原先碳原子的方位后又脱离，使其方位有一氮空缺（NitrogenVacancy， NV），而该缺点在承受可见光激起后就会宣布荧光。不同巨细的石墨烯量子点有不同的荧光光谱，能为生物医学研讨供给极为安稳的荧光物。与荧光体比较，石墨烯量子点的优势是宣布的荧光更安稳，不会呈现光漂白，因而不易呈现光衰减失掉其荧光性。这或许成为进一步探究生物成像的一个极有远景的途径。石墨烯量子点仍是十分好的药物载体。具有杰出的生物相容性和水溶液安稳性， 一起有利于化学功用化润饰， 以到达在不同范畴运用的意图。运用含氧活性基团化学反响性不同， 能够与多种有特定化学和生物功用的化学基团和功用分子进行共价反响， 其间常见的共价润饰办法是经过酰化反响和酯化反响将生物分子或化学基团润饰在石墨烯上，还能够用π-π相互效果、离子键和氢键等非共价键效果， 对石墨烯进行外表功用化润饰。根据石墨烯的药物载体因为其超高的载药量、靶向运送和药物的可控开释， 并且石墨烯量子点作为药物载体能够打破血脑屏障，完成脑部直接给药，有望在临床上完成实践运用。

　　因为边际状况和量子约束，石墨烯量子点的形状和巨细将决议它们的电学、光学、磁性和化学特性。很多获取特定边际形状和均匀标准的石墨烯量子点是个难题。现在自上而下的石墨烯量子点组成办法有平板印刷术、超声化学法、富勒烯开笼和碳纳米管开释化学分化或电子束蚀刻等技能取得。

　　量子约束效应（quantum confinement effect） 微结构资料三维标准中至少有一个维度与电子德布罗意（deBroglie）波长适当，因而电子在此维度中的运动受到约束，电子态呈量子化散布，接连的能带将分化为离散的能级，即构成分立的能级和驻波方式的波函数。当能级距离大于某些特征能量（如热运动量KB；塞曼能hω，超导能隙Δ等）时，体系将表现出和大块样品不同的乃至是特有的性质，例如超晶格中因为能级离散引起的带隙展宽及吸收边的蓝移。

石墨烯量子点的制备、表征与运用研讨

　　氧化石墨（GO）的制备

　　本文选用改善的Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化处理制备氧化石墨（GO），［20， 21］ 详细如下：在枯燥的三颈烧瓶中参加46 mL 98%浓硫酸，低温冷却至0-4℃。强力拌和下参加2 g天然鳞片石墨和1 g硝酸钠，且操控水浴温度至4℃以下1小时。随后分几回缓慢参加6 g高锰酸钾，持续拌和反响1 h，溶液呈墨绿色，然后将锥形瓶置于35℃的恒温水浴中，持续拌和反响2 h，反响完毕后拌和下参加100 mL二次蒸馏水，操控温度在90℃持续拌和1 h，用150 mL二次蒸馏水稀释反响液，再参加10 mL 30%双氧水，拌和至溶液呈金黄色。趁热抽滤，用5%盐酸和去离子水充沛洗刷棕黄色沉淀物至pH值≈7。将棕黄色沉淀物放置在60℃的烘箱中枯燥12 h，得氧化石墨烯固体，保存备用。

　　复原石墨烯的制备

　　化学复原石墨烯是用水合肼复原氧化石墨烯制得。称取4.2.2得到的氧化石墨烯50 mg置于100 mL圆底烧瓶中，参加二次蒸馏水至100 mL，超声约0.5 h使其彻底溶解。取50 mL氧化石墨烯涣散液于250 mL烧杯中，然后参加50 µL 35% 水合肼溶液和350 µL浓氨水，混合均匀，剧烈拌和几分钟。置于95℃水浴中反响1 h，溶液渐渐由棕褐色变为黑色。待溶液冷却至室温时，用0.22 µm的滤膜进行抽滤，将滤得的沉淀物于60℃枯燥12 h，即得到所需的复原石墨烯薄膜。

　　石墨烯量子点（GQDs）的制备

　　石墨烯量子点（GQDs）的电化学制备是在0.01 mol L-1磷酸盐缓冲溶液（PBS）中进行的。用滴管向缓冲溶液中滴加两滴4 mg/mL巯基丙氨酸溶液作为涣散剂，在±0.3v电压内以0.5 v s-1的扫描速率进行循环伏安（CV）扫描。由以上制得的石墨烯薄膜（5 mm&TImes;10 mm）作作业电极，Pt丝作辅佐电极，甘汞电极作参比电极。进程中有石墨烯粒子从薄膜上脱落进入溶液中，溶液由无色变为黄色。将黄色溶液进一步用透析袋透析（透析袋截留分子量：3000道尔顿，袋外初始水体积为500 mL），每天换两次水，透析三天，得到石墨烯量子点水溶液。