发布时间：2023-11-30 10:22:29
绪论：一篇引人入胜的光学气体成像技术，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号U283.5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0135-02
在发现石墨烯以前，大多数科学家以为，在现有温度范围内不允许有二维晶体的存在。石墨烯的发现颠覆了这一理论。
1 发现石墨烯
本世纪40年代，英国曼彻斯特大学的安德烈.K.海姆等首次制备出石墨烯。研究组将石墨分解成非常小的片状结构，从中剥离出更薄的石墨片层，用胶带固定薄片两侧，撕开胶带，将薄片分为更薄的两片。如此反复，从而得到只剩一层碳原子的结构，获得了石墨烯。
2 石墨烯的结构
用相对论量子物理学可以解释其原子尺度上的特殊结构。由于各碳原子间的连接柔软并具韧性，有外力作用时，整个碳原子面像弹簧一样发生形变，不需通过重排来适应外力，保证了结构稳定。这种稳定的晶格结构还使石墨烯具备优秀的导电性。由于强原子作用力，当电子沿轨道运行时，不会因为环境中其他原子或晶格缺陷发生散射。常温下，即使周围碳原子发生碰撞，电子仍能维持其基本特征。
3 石墨烯的材料优势
1）比钻石坚硬。原子间的强大作用力使石墨烯成为强度最高的材料。它是材料界最薄的物质：将石墨烯制成约100纳米厚，即可承受近两吨重物品的压力。这种薄而坚韧的特性，将作为添加剂在新型高强度复合材料中发挥广泛应用。
2）优秀的导热、导电及透光性。晶格结构的稳定使石墨烯具有出色的导热性。传统的半导体，由于原子和电子的相互碰撞，会以热量的方式释放能量，普通电脑芯片以此方式损失了70%以上的电能。而石墨烯则不同，其核内力较大，电子运行稳定，受外力能量损失小。石墨烯中电子运行的速度远远超过一般导体中电子运行的速度，为光速的1/300，具有超强的导电性。薄而坚韧的纳米材料几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，将在光学领域有广泛的研究空间。
4 石墨烯的应用
石墨烯具有最薄、强度最高、优秀的导热导电性及高的光透过性。这些优点使其在材料领域，特别是透明导电薄膜的应用中独具优势，这类薄膜在光伏电池及液晶显示屏等方面尤为重要。另外，高效储能器件和高敏传感器等方面，石墨烯也展示出很好的应用前景。它的研究给科学领域提供了一个无限广阔和充满魅力的材料空间。
4.1制作透明电极及光学元件
已商业化规模生产的透明薄膜材料是氧化铟锡 ，因铟是稀有金属 ，制备层沉积需要严格的真空条件，特别是毒性大，其他的取代物亟待被寻找。作为纳米材料界的新星 ， 石墨烯以其厚度最薄、比表面积大、超强的柔韧度，能够在低密度的情况下形成导电网格的特点被作为氧化铟锡最完美的替代材料。其制备成本低、工艺简单，高强度及柔韧性可在纳米尺度内按要求塑形。将石墨烯卷成管状或球形碳纳米管，将在多种领域有重要的应用。
无缺陷的石墨烯几乎是透明的，透光率大于97%。用其制作光学器件，可使制备成本大幅度降低。使用石墨烯作为活性层材料，可实现从紫外线到太赫兹波宽光谱范围内的激光振荡。同时石墨烯的超大比表面积和柔韧性及易功能化等特点还用于制作高柔性触摸面板。其超乎寻常可调控的光学性能形成一个兴趣极高的纳米体系。
4.2超级电容器
石墨烯比多孔碳材料拥有更高的比表面积和电导率。用其制作的电容器，功能远超化学电容。石墨烯电容器质量小、储能大、充电迅速、反复上万次充放电不影响其使用性能，高压下也能稳定放电。与一维纳米材料相比，石墨烯基电子器件可以将整个电路：电极、势垒、分子开关集成在同一片层结构上。制作成本低、功耗小。将为超级计算机技术、高分辨率成像、军事雷达、高频宽带通信领域开辟新的途径。
4.3复合材料
石墨烯拥有独特的机械和电学性能，在纳米增强材料方面有许多新应用。作为添加剂使用，可显著改善聚合物的导电、导热及力学性质。例如制造功能性复合材料，高分子导电材料和高强度多孔陶瓷等。另外，将半导体或金属纳米粒子与纳米级石墨烯层片进行表面制备，可丰富石墨烯的层间结构，减少片层之间的相互作用，阻断团聚，以更好的保持各片层的独立机能，并产生新的协同效应，使性能更稳定，一般的化学修饰剂难以做到这些。石墨烯的加入使复合材料的功能性能多样化，成功吸引了科学研究者的关注，已成为纳米材料界研究的热点。
5 石墨烯的制备方法
物理和化学方法是合成石墨烯的主要手段。
1）微机械分离法：用外力把单层晶片从大石墨晶体中分离，获得单层石墨烯片，片层完整，但尺寸不易控制，重复性差，只能制造实验室使用的小尺寸石墨烯样本；
2）溶剂分离法：将石墨或EG加入水或某种有机溶剂， 借助超声波、加热或气流的作用制备一定浓度的单层或多层石墨烯溶液。其原料成本低，不涉及化学反应过程，操作简单，纯度高。但产率低，片层二次团聚现象严重，稳定剂残留不易去除；
3）化学气相沉积：金属或金属化合物作催化剂，在高温下使反应腔中的含碳气体生成石墨烯前体，沉积在不同衬底上。这是目前工业大规模制备石墨烯所采用的方式。但衬底的选择亟待研究，且制取的石墨烯不具备量子霍尔效应；
4）氧化-还原法：氧化过的石墨借助超声或离心外力分散到溶剂中得到石墨烯前体，再用还原剂回流制备。氧化还原法是目前低成本产业化制备石墨烯的有效方法。可满足工业较大尺寸的石墨烯生产要求。但氧化过的石墨烯不易还原，使其电学性能下降。并且，现阶段采用的还原剂中有些还存在较大毒性，还原后各片层间易发生团聚。所以，无污染的新型还原剂有待于研究并改进。
石墨烯具有优异的透光、导电、导热和整齐的二维结构，稳定性高、比表面积大，可作为高性能纳米复合材料承载许多应用，当前最具前景的应用有太阳能电池、传感器、晶体管等。在未来的研发中也存在许多挑战：提高质量，扩大规模；材料性能有待进一步研究；探索新的应用及跨学科领域，并为进一步工业化的实现而努力。
参考文献
目前，直接制版技术（CTP）在全球范围内得到广泛认同及采纳，其未来发展受到业内的高度关注。CTP技术从1995年进入产业化应用，至今已经走过了17个年头，从技术发展诱导期进入了高速平稳增长期。本文主要对光敏CTP技术发展历程及应用现状进行分析梳理，旨在对我国CTP技术的研发与推广能有所裨益。
2光敏CTP技术研究与应用现状
目前，CTP在世界各国得到越来越广泛的应用，特别是西欧、美国等发达国家的CTP装机量更是高达70％以上（占制版机总量比例），全球应用的CTP制版机已经超过5万台。新闻报业是CTP应用的重要领域，全球10％以上的CTP用在新闻行业。欧洲应用量远多于其它地区，世界一大半新闻CTP都用于欧洲地区。与欧美相比，日本在新闻CTP应用方面，无论在时间上还是数量上都要相对落后一些，但近年来发展速度明显加快。CTP在我国报业的应用的情况与日本相似，2010年5％以上的CTP用在新闻报业上。目前，全球主要有四家公司拥有紫激光CTP技术，它们是日本富士胶片公司、德国爱克发公司、美国柯达公司、中国乐凯华光公司。富士公司的紫激光版材技术在上述四家公司中，最为成熟。版材各项性能比较平衡，突出高分辨率，感光度（90μj／cm2）略低，版材可以在200线／英寸的精度下再现2％～97％的网点；同时，还可以使用20μ的调频网加网，主要目的在于满足商业印刷的要求，版材的耐印力可达15万印；还采用特殊的显影加工技术，40L显影液的使用寿命从1000m2增加至2000m2。爱克发公司的紫激光CTP版采用与富士紫激光版截然不同的配方体系，具有感光度高（约50μj／cm2），中间调网点增大小、显影性能优良、耐印率高等优点，但分辨率低，广泛用于报业印刷。柯达公司也于2006年正式向全球推出紫激光版VioletNews和Violetprinting，突出优势是高感光度（约40μj／cm2），加网线数最高可达200lpi，耐印率最高可达20万印，但稳定性欠佳，适用于激光头功率超过30mW的紫激光制版机，可以满足不同的应用环境和印刷业务的需要。中国上海印刷技术研究所是国内最早涉足光聚合CTP版材研制的单位，其研制开发的适应488nm激光光源和532nm激光光源的光聚合版材通过上海市科委的技术鉴定。广东中科银实业有限公司是将银盐扩散版实现产业化的公司，近3年来共实现销量几十万平方米。乐凯华光从1998年开始研制光聚合CTP系列版材，经过持续的不懈努力，先后研制开发出PPA（488nm）、PPY（532nm）、PPV（410nm）、PPVS（410nm）版材。其中，PPVS于2009年实现产业化，进入批量正式生产阶段，近3年来共销售近300万m2。
3技术发展带动设备更新
直接制版机是负责将数字页面直接扫描输出在适当的介质上从而满足后续工序，如显影和印刷的要求。直接制版机主要分为光敏、热敏和其他扫描成像方式3大类，其中光敏直接制版机又细分为采用发光波长在390～410nm的半导体激光器（紫激光二极管———UV－LD）的紫激光直接制版机和采用传统高压汞灯、激光器的CTcP制版机。热敏直接制版机定位于搭载发光波长在830nm的半导体激光器（红外激光二极管———IR－LD）的制版系统。其他成像方式主要是采用喷墨成像的直接制版系统。
根据有关统计数据我们综合分析判断，2011年在我国直接制版机的市场保有量为4050台，其中，热敏制版机2800～2900台，占69．14％～71．60％，紫激光制版机700～750台，占17．28％～18．52％，CTcP制版机500台，占12．35％。这些数据仅供大家参考。值得一提的是，CTcP在我国直接制版市场占有12％以上的份额，这个比例明显高于全球的统计数据，UV－CTP在中国为什么这么“火”［1］，这大概与我国目前是世界上最大的PS版制造和出口国有着密切关系。光敏CTP制版机多采用内鼓式或平台式激光扫描装置如图1，分别应用于商业或报业制版系统。由于激光器体积小，通常紫激光CTP设备采用内鼓式成像结构。它是把滚筒作为承托印刷版的鼓，印刷版被固定在内轮廓的某个固定位置上。曝光时，声光调节器根据计算机中图像信息的明暗特征，对激光器光源所产生的连续激光束进行调制。调制后的激光束先照射到旋转镜上，随着镜子的旋转，激光束就被折射到滚筒上，形成曝光图像。调整聚焦就可以改变激光束的直径，从而得到不同程度的分辨力；调整镜子的转速，则可以调节曝光时间。热敏制版机和紫激光制版机在市场上的高占有率与它们在技术上的优势是密不可分的，其中稳定且寿命较长的高功率激光光源是一个重要因素［2］。UV－LD的功率从上个世纪90年代末的数毫瓦，在2006～2007年进入到数百毫瓦的范畴，不到10年的时间提高了100倍。功率的提高意味着对版材敏感度要求的降低。在UV－LD的低功率时代（数毫瓦级），只有敏感度非常高的银盐CTP版材可以满足高速扫描成像的要求；在中等功率时代（数十毫瓦级），光聚合CTP版材即可满足相关要求；在高功率时代（数百毫瓦级别及以上级），传统的PS版就可以满足高速扫描成像的要求，因为UV－LD的发光波长正好处于传统PS版敏感的光谱范围内。
目前，市场上已经出现了采用高功率UV－LD（超过100mW）和高感度PS版的直接制版系统，必将成为CTcP的一个重要组成部分。但是UV－LD功率的发展是否依然维持直线上升状态，目前还不能轻易下结论。IR－LD是一种比较成熟的近红外固体激光光源，但由于光热成像敏感度低，其功率分类比UV－LD普遍提高了2个数量级，即低、中和高功率定义在数百、数千和数万毫瓦级。
目前，热敏直接制版机普遍采用集成光源模块和多光源模块组合技术，激光功率处于数千毫瓦甚至数万毫瓦的水平。先进的扫描技术是热敏制版机和紫激光制版机引领市场的另一重要因素。目前，先进的热敏直接制版机主要采用光栅光阀（GLV）分光技术和外鼓扫描技术。紫激光制版机主要采用内鼓扫描方式，向内圆弧弯曲且固定不动的版材与始终处于版材圆弧半径中心、平稳高速旋转的斜面转镜是技术的关键。内鼓成像的光路特点保证了激光束始终从圆弧弯曲的版材的半径中心出发，使达到版材任何一点的光程完全相同，即减小了成像质量对光学系统的压力，也提高了光学系统的成像质量。斜面转镜采用气垫轴承转子技术，不但转速高，且转动平稳、准确，磨损小，寿命长。UV－LD激光器在技术上的不断进步和完善使紫激光直接制版机的市场占有率在过去几年一直处于稳步上升状态，从而导致热敏直接制版机的市场占有率呈缓慢下降趋势，但其在市场的主导地位一直没有发生根本变化。近年来市场上推出的主流紫激光CTP机列入表1［3］。
4成像特质决定工作环境
光敏成像，更准确的应称谓为光粒子成像，是光敏剂吸收光子后跃迁到其光化学活泼状态（高能量状态），继而发生化学反应生产希望的产物的过程。原理上说，只要光子携带足够能量或具有足够短的波长即可引发希望的光化学反应，所生成的产物只与吸收的光子数量，即曝光量有关，与光子的空间数量密度，即功率密度或辐射强度没有阈值要求，只要曝光量达到成像曝光量即可。最低成像曝光量是重要的成像特性，不同材料体系由于成像原理和增幅机制不同而各有其典型的敏感度范围。银盐材料的最低成像曝光量一般为10－1～0μJ／cm2；光聚合材料的最低成像曝光量一般为101～2μJ／cm2；热敏材料的最低成像曝光量一般为102mJ／cm2。前两者属于光量子成像系统，由于存在很高的增幅机制，敏感度明显高于后者；后者在多数情况下属于光热成像系统，很少具有增幅机制或只存在及其有限的增幅机制，与前两者相比敏感度低了3个数量级以上。
5紫激光CTP明显的技术优势［4］
紫激光CTP明显的技术优势主要表现在：低廉的激光器维护成本、可靠的设备稳定性、优越的出版速度以及稳定的显影环境和最低的显影液成本。
5．1高精度成像质量
405nm紫激光特性是光点的大小可以控制到1μm，该物理特性很好地保障了紫激光CTP的成像品质，配合高精度的内鼓式结构及光聚合紫激光CTP版材，用户可以从容应对3001pi调幅加网和20μm调频加网的制版精度要求，完全满足印刷企业对制版质量提升的渴求。目前，紫激光CTP版材已经完全实现了国产化，并向国内外销售。从设备结构上讲，内鼓式成像结构本身在成像原理上要优于外鼓式的螺旋式成像原理，在平网和极细线条的复制方面为用户提供更高的精度保证。
5．2低廉的激光器维护成本
405nm的紫激光波长短，属于冷光源，光源的稳定性更好，适用于光聚合紫激光版材曝光成像的激光器。功率只有30～60mW，仅为热敏CTP激光器功率的千分之一，如此小的激光器功率完全可以确保紫激光CTP的激光器做到瞬时开关———激光器仅在版材曝光时才点亮打开，其它时间激光器则完全处于关闭状态。因此，理论上讲在紫激光CTP设备8～10年的使用周期内根本无须更换激光器。相对于热敏CTP的大功率激光器而言，仅激光器一项，紫激光CTP每年将为企业节约非常可观的激光器更换成本。没有了高昂的激光器维护成本，解除了企业的后顾之优。
5．3可靠的设备稳定性
在设备长达8～10年的使用周期，紫激光CTP将为用户节约多个激光器的高昂更换成本，从而确保设备长期可靠稳定地运行。并且，由于光聚合紫激光CTP版材的感度只有几十μJ／cm2，因此，在设备8～10年的周期内，紫激光CTP将有非常恒定的生产效率。而在热敏CTP的使用过程中，设备的出版效率会随着激光器功率的衰减而逐渐下降。此外，内鼓式的机械结构在紫激光成像过程中版材和滚筒都静止不动，使得设备的稳定性获得长期有效的保证，完全避免了外鼓式热敏CTP经常发生的卡版、飞版及螺旋式成像所带来的平网不匀等现象，同时也进一步保障了制版成像的精度。
5．4优越的出版速度
生产中设备实际的出版速度快是紫激光CTP的又一重大优势。富士公司“多激光AOD（A－coustoOpticalDeflectors———声光偏转器）”成像技术在紫激光CTP上的成功应用，大幅提升了CTP设备的出版速度。每小时40张商业精度对开版材的出版能力，是普通热敏CTP设备的3倍左右。对于急件、快件而言，则有了更好的应对手段，这是热敏CTP所无法匹及的。1台富士紫激光CTP，完全可以轻松满足企业后端8～10台四色胶印机用版量的需要，从而在CTP设备的拥有台数和印刷生产能力之间实现最佳配套。5．5稳定的显影环境和最低的显影液成本光聚合版材特有的砂目结构和涂布工艺使得显影液的使用周期大大延长，在所有CTP版材的冲洗药液中，紫激光光聚合版材的药液宽容度无疑是最大的———显影液可以6周左右更换一次，相对于所有热敏CTP版材2～3周的药液更换周期而言，将为用户节约大量的冲洗成本。目前紫激光CTP用户的显影液更换周期大约都在6周左右，这其中不乏曾经用过热敏CTP的用户。相对于以往热敏的应用，用户普遍反应光聚合紫激光带来了大量冲洗成本的节约。显影液更换周期长不仅带给用户使用成本上的极大节约，与此同时，由于药液更换周期长达两个月以上，大大提高了工艺稳定性，大幅度降低了操作者的劳动强度。
6CTP版材的应用促进行业向前发展
ymbolm@@ 4 mol/L，检出限为18×10
ymbolm@@ 6 mol/L（/N=3），同时对检测机理进行了推断，证明此石墨烯量子点用于自来水中Fe3+的检测的可行性；基于其低毒性和优良的生物相容性，所制备的石墨烯量子点可应用于细胞成像研究。本研究为碳纳米材料的制备提供了一种新途径，也为石墨烯量子点在生化分析、成像等方面的研究奠定了基础。
关键词 球磨法制备石墨烯； 一步水热法； 石墨烯量子点； 铁离子检测； 细胞成像
1引 言
石墨烯是由单层碳原子经sp2杂化紧密堆积而成的二维蜂窝状的碳质新材料，具有大比表面积、高载流子迁移率、优异的机械性能、良好的散热和化学稳定性及对环境友好等特征＼[1～6＼]。 石墨烯量子点作为石墨烯家族的新成员，尺寸一般在10 nm以下，除了具有石墨烯的优异性能外，还因其较小的尺寸而具有量子限制效应和边界效应，展现出一系列新的物理化学特性＼[7～9＼]，包括良好的光学性质、极佳的水中分散性、易于功能化、较好的抗光漂白效果及尺寸和波长依赖的光致发光等，因此引起了研究者的广泛关注＼[10～14＼]。这些优点使得石墨烯量子点被广泛应用于生化传感、生物成像等各个领域＼[11，15～18＼]。如石墨烯量子点可与银纳米粒子复合进而应用于过氧化氢和葡萄糖的比色检测＼[11＼]。Ju等＼[15＼]将基于水合肼还原的水热法制备的石墨烯量子点应用于Fe3+的灵敏检测。尽管如此，寻找一种绿色环保、简单有效的石墨烯量子点的制备方法仍然是科研工作者追求的目标之一。
目前，石墨烯量子点的制备方法主要是采用超声法＼[16＼]、水热法＼[8＼]、离子束溅射法＼[16＼]、电化学法＼[17～19＼]等将大尺寸的石墨烯薄片，或者含有石墨烯结构的碳材料切割成10 nm左右的量子点＼[20～22＼]。这些方法步骤相对简单，但其中离子束溅射仪器设备复杂、成本高昂＼[15＼]；而电化学方法需采用离子液体＼[16＼]等缓冲介质，这些缓冲介质附着在石墨烯量子点表面不易除去。 其次，采用NO3（65%）和 2O4（98%）处理氧化石墨烯的水相分散液，再以微波加热法将氧化石墨烯变为石墨烯量子点＼[23＼]；在酸性条件下，用超声波方法也可将氧化石墨烯剥离为石墨烯量子点＼[24＼]，但这些方法在制备过程中使用强酸性氧化剂，对实验操作人员和环境都造成潜在的危害。水热法是目前应用较为广泛的石墨烯量子点合成方法，一般借助长时间超声前处理促进石墨烯片的剥离。上述方法采用的前驱体一般是氧化还原法＼[8，15，23，24＼]或化学气相沉积（CVD）法＼[16，17＼]制备的石墨烯。氧化还原法由于使用强酸和水合肼等还原剂，会对环境造成污染＼[8，15，23，24＼]；CVD技术需要使用氢气、甲烷等易燃易爆气体，而且程序比较复杂，仪器比较昂贵＼[16，17，25＼]，均不适于大批量石墨烯量子点的制备和推广。因此，探索一种绿色环保、工艺简单、成本低廉、易于纯化的石墨烯量子点的制备方法迫在眉睫。球磨法是一种机械剥离技术，是石墨烯制备技术中低成本、 可大规模生产的技术之一。目前，湿式行星球磨法在石墨烯的制备中应用较为广泛，是将石墨分散在合适的溶剂中，这类溶剂具有足够的表面能，能克服石墨烯薄片之间的范德华力，如二甲基甲酰胺、N甲基吡咯烷酮、表面活性剂的水溶液（如十二烷基硫酸钠）等湿介质，施加于长时间的碾磨（30 h）和低速（300 r/min）旋转完成制备＼[26，27＼]。通过这些介质能够得到石墨烯，但离程度相对较低，而且一般还需要后期超声处理，同时这些溶剂属于有机溶剂和介质，有一定毒性。 同时，球磨介质由于高能量导致的分解，在球磨过程中球磨溶剂和介质的分解无法避免， 导致碎片化和缺陷， 从而引进的缺陷和杂质也不可控。所以选择合适湿介质，如干冰，一方面可被用于功能化石墨烯和提高剥离效率，另一方面可减小石墨烯尺寸，同时引进杂质可控＼[28＼]。利用基于干冰作为湿介质通过球磨技术制备的石墨烯， 还未见其作为前驱体制备石墨烯量子点的报道。
本研究采用球磨法制备的石墨烯作为前驱体，通过一步水热法制得荧光性质良好、粒径均匀、性能稳定的石墨烯量子点，相对于CVD技术及氧化石墨还原法得到的石墨烯作为前驱体，本方法具有绿色环保、工艺简单、成本低廉等优势。 分别采用高分辨透射电镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、紫外可见吸收光谱、荧光光谱等对得到的石墨烯量子点进行了形貌、结构以及荧光性能的表征。所得到的石墨烯量子点分散性好， 尺寸分布均一， 平均直径为（480 ± 020） nm， 厚度为1～3层，其量子产率为102%。此外，制备的石墨烯量子点可用于Fe3+的特异性检测，检测线性范围为20×10
ymbolm@@ 6～70×10
ymbolm@@ 4 mol/L，检出限为18× 10
ymbolm@@ 6 mol/L（/N=3）； 将制备的石墨烯量子点用于自来水中Fe3+的检测，结果令人满意。由于其低毒性和优良的生物相容性，所制备的石墨烯量子点被成功应用于细胞成像研究。
2实验部分
21仪器与试剂
FEIECNAI G2 高分辨透射电镜和原子力显微镜（德国 Bruker公司）； 傅里叶变换红外光谱（美国热电集团）； 紫外可见分光光度计（美国 PerkinElmer公司）； 荧光分光光度计（澳大利亚Varian公司）； X射线光电子能谱（英国VG cientific公司）； C sp2荧光共聚焦显微镜（德国徕卡公司）； ecan Infinite 200 Pro酶标仪（瑞士ecan公司）。
石墨、FeCl3、FeCl2、ZnCl2、CuCl2、MgO4、MnCl2、gCl2、PbCl2、AgNO3、AlCl3、Ni（NO3）2、Co（NO3）2及Cd（Ac）2（分析纯，山东莱阳经济和技术开发区化工厂）；硫酸奎宁、二甲亚砜（DMO）及3（4，5二甲基噻唑2）2，5二苯基四氮唑溴盐（M）（分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司）。实验用水为二次去离子水（18 MΩ・cm）。
22实验方法
221石墨烯量子点的制备参照文献＼[28＼]报道的球磨法制备的石墨烯方法并稍作改进。步骤如下：在球磨罐中放入400 g干冰和200 g碳粉，控制罐体内的气压，设置球磨时间48 h。实验得到的石墨烯颜色为深黑色。开罐取出石墨烯，加入Cl清洗除去产物中多余的铁杂质，水清洗3次，冷冻干燥得到固体产品，备用；对纯化后的石墨烯进行比表面积和透射电镜（EM）表征测试。
取0500 g球磨法制得的石墨烯分散于700 mL去离子水中，在冰浴中超声波（400 W）处理3 h， 将分散液倒入100 mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应12 h；通过超声作用，可以将多层石墨烯变为少层石墨烯，有助于水热条件下石墨烯被切割成更小尺寸石墨烯量子点，提高量子产率。最后，将得到的黑色悬浮液10000 r/min离心5 min，取上清液，即得到无色的石墨烯量子点的分散液。
222Fe3+对石墨烯量子点荧光的影响石墨烯量子点用于Fe3+的检测， 荧光激发波长为300 nm，狭缝宽度为5 nm × 5 nm。
向200 mL石墨烯量子点分散液中分别加入500 μL不同浓度的Fe3+溶液，使溶液中Fe3+的K浓度分别为0、0002、001、004、006、008、010、014、018、022、026、032、040、050、060和070 mmol/L， 反应10 min，分别测定荧光强度。
223自来水中Fe3+的测定将不同浓度的Fe3+（0、100、200、300 和 400 μmol/L）分别加入到含有相同含量石墨烯量子点的自来水中，记录相应样品的荧光强度，绘制荧光强度减小值相对于加入Fe3+浓度的标准曲线，得到的上述标准曲线中X轴截距的绝对值即为自来水中Fe3+的浓度。每个实验重复测量3次。
224原子吸收光谱法测定自来水中Fe3+采用带有空心阴极灯（Cl）的原子吸收分光光度计测定Fe3+浓度。原子吸收光谱法的条件为：波长为2483 nm； Cl电流100 mA； 乙炔的流量为0500 L/min； 裂缝宽度为0200 nm
用Cl处理后，分别在自来水中加入不同浓度的Fe3+ （0、100、200、300 和 400 μmol/L）。在上述的分析条件下，通过原子吸收光谱法测定Fe3+标准品溶液， 绘制标准曲线法， 根据测定结果计算出自来水中Fe3+的浓度＼[29＼]。
225细胞成像和细胞毒性测试eLa细胞来源于上海细胞库，DMEM培养基加10%胎牛血清培养。将ela细胞用250%（w/w）胰酶消化后，将105个细胞分到玻璃底培养皿中培养。过夜后加入含100 μg/mL 石墨烯量子点的培养液，用上述培养基在37 ℃、5% CO2环境中孵育4 h。 弃去细胞培养液，加入100 μL 磷酸盐缓冲液清洗细胞， 重复3次。选择488 nm Ar离子激光器对孵育细胞进行激发， 激光扫描共聚焦显微镜采集获得图像。
石墨烯量子点的体外细胞毒性测试：将石墨烯量子点溶于新鲜的DMEM培养基，最终浓度分别为200、500、100、150、200和250 μg/mL，孵育； 另设对照组（用DMEM培养基孵育eLa细胞）和调零组（仅DMEM培养基），在37 ℃、5% CO2环境中孵育24 h。向各孔中加入100 μL M溶液，在上述条件中继续孵育4 h，再向各孔中加入100 μL二甲基亚砜溶液，在继续孵育10 min，用振荡器晃动10 min。用酶标仪测定各个孔在570 nm下的吸光度，未经过石墨烯量子点孵育的细胞活性设定为100%，计算各组细胞的相对活力。
226荧光量子产率（QY）的测定以硫酸奎宁为参照物测量石墨烯量子点的荧光量子产率＼[30＼]，计算公式如下＼[31＼]：
其中，和X分别代表硫酸奎宁和量子点，Φ代表荧光量子产率，η代表溶剂的相对指数。
3结果与讨论
31石墨烯量子点的表征
图1A为球磨法制备的石墨烯的透射电镜图，同时测得比表面积为568 m2/g＼[32＼]。 通过球磨方法对石墨粉进行充分剥离，所制备的石墨烯为层数较少的石墨烯纳米片，可以为石墨烯量子点的制备提供良好的石墨烯前驱体。图1B为石墨烯量子点的透射电镜图像，石墨烯量子点尺寸均一、分散性良好。图1C为石墨烯量子点的高分辨透射电镜图，可见石墨烯量子点的晶格结构，晶格间距为0210 nm，与文献＼[33，34＼]报道一致。图1D是石墨烯量子点的粒径分布图，其粒径范围为100～600 nm，平均尺寸为（480 ± 020） nm。
为进一步确认石墨烯量子点的层数、厚度及形貌特征，利用原子力显微镜测定的石墨烯量子点的形貌（图2）。从图2A可见，石墨烯量子点尺寸均一，均匀分散排布，这与透射电镜图的结果一致。图2B和2C分别是图2A的石墨烯量子点的高度分布图和分布曲线，可见大部分石墨烯量子点的高度为0300～200 nm，说明所合成的石墨烯量子点为1～3层石墨烯的厚度＼[34＼]。
由石墨烯量子点的傅里叶红外光谱（图3）可见，石墨烯量子点表面含有丰富的含氧功能基团，其中3445 cm
ymbolm@@ 1处为O的伸缩振动峰，1645 cm
ymbolm@@ 1处为CO的伸缩振动峰，1386 cm
322细胞成像量子点作为荧光探针，已被广泛用于生物成像研究中，石墨烯量子点由于其独特的荧光特性、低细胞毒性和高生物标记潜力等优点，在细胞、组织及活体等的生物成像研究中具有很大的优势。
本研究采用荧光共聚焦显微镜观察了石墨烯量子点对eLa细胞的成像效果。图7为石墨烯量子点在eLa细胞中培养4 h后的成像图，在488 nm玻长激发下， 细胞呈均匀明亮的绿色荧光，说明本研究制备的石墨烯量子点可以成功地被细胞吸收；由于其具有良好的光谱特性，可以作为荧光探针用于细胞成像。不同悠放ǘ仁墨烯量子点的体外细胞毒性测试见图7D，随着用于孵育细胞的石墨烯量子点浓度增加，细胞的活性逐渐降低（即死细胞数量增加），石墨烯量子点浓度在250 μg/mL时，细胞活性最低，但细胞存活率仍维持在85%以上，说明石墨烯量子点对细胞的毒性较低。上述结果表明， 石墨烯量子点具有良好的生物相容性和低毒性，可用于荧光生物成像。
4结 论
采用球磨法制备的石墨烯作为前驱体，通过一步水热法成功制备出了分散性良好、平均尺寸为（480 ± 020）nm的石墨烯量子点。本方法具有绿色环保、简单、成本低等优势。此外，石墨烯量子点的表面含有丰富的含氧功能基团，在紫外区有很强的吸收，并且表现出激发波长依赖的荧光性能。所制备的石墨烯量子点可用于Fe3+的特异性检测。基于其低毒性和优良的生物相容性，所制备的石墨烯量子点被成功应用于细胞成像研究。本研究为碳纳米材料的制备提供了一种新途径。
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