光學(xué)材料的某些非線性性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)高性能集成光子器件的關(guān)鍵。光子芯片的許多重要功能，如全光開(kāi)關(guān)，信號(hào)再生，超快通信都離不開(kāi)它。找尋一種具有超高三階非線性，并且易于加工各種功能性微納結(jié)構(gòu)的材料是眾多的光學(xué)科研工作者的夢(mèng)想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探針光譜表明，重度功能化的具有較大SP3區(qū)域的GO材料在高激發(fā)強(qiáng)度下可以出現(xiàn)飽和吸收、雙光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，這種效應(yīng)歸因于在SP3結(jié)構(gòu)域的光子中存在較大的帶隙。相反，在具有較小帶隙的SP2域中的*出現(xiàn)單光子吸收。石墨烯在飛秒脈沖激發(fā)下具有飽和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下為飽和吸收，高能量下則具有反飽和吸收[51]。因此，通過(guò)控制GO氧化/還原的程度，實(shí)現(xiàn)SP2域到SP3域的比例調(diào)控，可以調(diào)整GO的非線性光學(xué)性質(zhì)，這對(duì)于高次諧波的產(chǎn)生與應(yīng)用是非常重要的。在用氧化還原法將石墨剝離為石墨烯的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，得到的石墨烯微片富含多種含氧官能團(tuán)。北京無(wú)污染氧化石墨

氧化石墨烯/還原氧化石墨烯在光電傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，其基本依據(jù)是本章前面部分所涉及到的各種光學(xué)性質(zhì)。氧化石墨烯因含氧官能團(tuán)的存在具備了豐富的光學(xué)特性，在還原為還原氧化石墨烯的過(guò)程中，不同的還原程度又具備了不同的性質(zhì)，從結(jié)構(gòu)方面而言，是其SP2碳域與SP3碳域相互分割、相互影響、相互轉(zhuǎn)化帶來(lái)了如此豐富的特性。也正是這些官能團(tuán)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(yīng)多種場(chǎng)合的需要，克服了CVD和機(jī)械剝離石墨烯在轉(zhuǎn)移和大面積應(yīng)用時(shí)存在的缺點(diǎn)，也正是這些官能團(tuán)的存在，使其便于實(shí)現(xiàn)功能化修飾，為其在不同場(chǎng)景的應(yīng)用提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)。生產(chǎn)氧化石墨制造松散的氧化石墨分散在堿性溶液中形成類似石墨烯結(jié)構(gòu)的單原子厚度的片段。

由于GO表面具有較高的親和力，蛋白質(zhì)可以吸附在GO表面，因此在生物液體中可以通過(guò)蛋白質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)GO與細(xì)胞膜的相互作用。如，血液中存在著大量的血清蛋白，可能會(huì)潛在的影響GO的毒性。Ge與其合作者[16]利用電子顯微鏡技術(shù)就觀察到牛血清蛋白可以降低GO對(duì)細(xì)胞膜的滲透性，抑制了GO對(duì)細(xì)胞膜的破壞，同時(shí)降低了GO的細(xì)胞毒性。基于分子動(dòng)力學(xué)研究分析，他們推斷可能是由于GO-蛋白質(zhì)之間的作用削弱了GO-磷脂之間的相互作用。與此同時(shí)，GO對(duì)人血清蛋白的影響也被其他科研工作者所發(fā)現(xiàn)，特別是他們觀察到了GO可以抑制人血清蛋白與膽紅素之間的作用。因此，GO與血清蛋白之間是相互影響的。

GO作為一種新型的藥物載體材料，以其良好的生物相容性、較高的載藥率、靶向給藥等方面得到廣泛的關(guān)注。GO作為遞送藥物的載體，它不僅可以負(fù)載小分子藥物，也可以與抗體、DNA、蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合，如圖7.2所示。普通的有機(jī)藥物很多都含有π結(jié)構(gòu)，而這些藥物的水溶性都非常差，而GO具有較好的親水性，因此可以借助分散性較好的GO基材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即將上述藥物負(fù)載到GO基材料上，形成GO-藥物混合物材料。這對(duì)改善難溶***物的水溶性，降低藥物不良反應(yīng)以及提高藥物穩(wěn)定性和生物利用度等方面有非常重要的研究意義。調(diào)控反應(yīng)過(guò)程中氧化條件，減少面內(nèi)大面積反應(yīng)，減少缺陷，提升還原效率。

近年來(lái)研究者發(fā)現(xiàn)石墨烯由于它獨(dú)特的零帶隙結(jié)構(gòu)，對(duì)所有波段的光都無(wú)選擇性的吸收，且具有超快的恢復(fù)時(shí)間和較高的損傷閾值。因此利用石墨烯獨(dú)特的非線性可飽和吸收特性將其制作成可飽和吸收體應(yīng)用于調(diào)Q摻鉺光纖激光器、被動(dòng)鎖模光纖激光器已經(jīng)成為超快脈沖激光器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。2009年，Bao等[82]人使用單層石墨烯作為鎖模光纖激光器的可飽和吸收體首先實(shí)現(xiàn)了通信波段的超短孤子脈沖輸出，脈沖寬度達(dá)到了756fs。他們證實(shí)了由于泡利阻塞原理，零帶隙材料石墨烯在強(qiáng)激光激發(fā)下可以容易的實(shí)現(xiàn)可飽和吸收，而且這種可飽和吸收是與頻率不相關(guān)的，即石墨烯作為可飽和吸收體可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有波長(zhǎng)的光都有可飽和吸收作用。氧化石墨是由牛津大學(xué)的化學(xué)家本杰明·C·布羅迪在1859年用氯酸鉀和濃硝酸混合溶液處理石墨的方法制得。生產(chǎn)氧化石墨制造

氧化石墨可以通過(guò)用強(qiáng)氧化劑來(lái)處理石墨來(lái)制備。北京無(wú)污染氧化石墨

使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過(guò)納米通道。通過(guò)在GO納米片之間夾入適當(dāng)尺寸的間隔物來(lái)調(diào)節(jié)GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個(gè)膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內(nèi)的目標(biāo)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1.3 nm，真正有效、可自由通過(guò)的孔道尺寸為0.9 nm，計(jì)算出水合半徑小于0.45 nm的物質(zhì)可以通過(guò)氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45 nm的物質(zhì)被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7 nm，以從水中篩分水合Na +（水合半徑為0.36nm）。 通過(guò)部分還原GO以減小水合官能團(tuán)的尺寸或通過(guò)將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價(jià)鍵合以克服水合力，可以獲得這種小間距。與此相反，如果要擴(kuò)大GO的層間距至1~2 nm，可在GO納米片之間插入剛性較大的化學(xué)基團(tuán)或聚合物鏈（例如聚電解質(zhì)），從而使GO膜成為水凈化、廢水回收、制藥和燃料分離等應(yīng)用的理想選擇。 如果使用更大尺寸的納米顆粒或納米纖維作為插層物，可以制備出間距超過(guò)2nm的GO膜，以用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如人工腎和透析），這些應(yīng)用需要大面積預(yù)分離生物分子和小廢物分子。北京無(wú)污染氧化石墨