石墨烯（Graphene）是碳的同素异形体，碳原子以sp²杂化键合形成单层六边形蜂窝晶格的碳质新材料。2004年，英国曼切斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次通过一种非常简单的方法制备并观测了单片层石墨烯，自此引发了一系列对石墨烯的研究。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，它是由一层蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的。它可折叠成富勒烯(0D)，卷曲成碳纳米管(1D)堆垛成石墨(3D)如图1所示。

图1.石墨烯构成其他碳材料

石墨烯在电学、力学、光学等方面表现出很多独特的物理化学性能，应用前景十分广泛。其中碳原子采用sp2杂化轨道彼此之间以σ键连结在一起，这些很强的C-C键致使石墨烯片层具有优异的结构刚性；并且每个碳原子还有一个垂直于sp2杂化轨道平面的2p轨道，这些轨道互相平行，形成π轨道，π电子可在π轨道中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性和导热性。

        石墨烯的应用前景更是超乎想象，可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序、太阳能电池，超级电容器等领域。目前，石墨烯材料的制备方法也是层出不穷，如微机械剥离、化学气相沉积法、有机合成、外延生长、碳纳米管纵向剪切法、氧化还原石墨法、液相超声法、和电化学制备等方法。如图2所示。然而石墨烯纳米片不亲水也不亲油，同时其大的比表面积和片层之间的相互作用使其团聚在一起，不仅降低了自身的吸附能力而且影响石墨烯自身优异性能的发挥。如何使石墨烯长时间稳定的分散在溶液中成为一个亟待解决的难题。眼下分散石墨烯的主要方法是物理分散法和化学改性法。比如在石墨烯表面负载纳米粒子、加入表面活性剂分子、引入高分子以及掺杂芳香族大分子等方法，使之稳定分散在溶剂中。

图2.石墨烯的制备方法

物理分散法主要是利用研磨、球磨、超声、微波辐射等方法打破片层与片层之间的范德华力，进而实现其良好分散。主要通过水浴超声处理、机械分散法、高速剪切混合法和微波辐射法等物理手段将石墨烯片层剥离为单层或寡层石墨烯来达到分散的目的。该方法成本较低，见效快。

水浴超声液相剥离法制备石墨烯分散液是比较普遍的方法，利用超声的空化作用，高能高振荡来产生气穴现象使石墨烯片层稳定分散在溶剂当中。水浴超声处理虽然成本低廉和使用技术要求较低，但是在剥离的过程中由于能量的不均匀会在石墨烯的局部基团在空化效应的作用中因高温、高压而产生缺陷，进一步影响石墨烯的分散稳定性。

机械分散法是利用剪切或撞击等方式改善石墨烯的分散效果。机械法虽然对石墨烯的分散具有良好的效果，但其撞击摩擦的过程中涉及较为复杂的物理化学过程，对石墨烯的结构形貌产生一定的影响，且分散过程中机械作用难以控制，极大的限制了该方法的应用。

高速剪切混合法是利用剪切力、碰撞效应和射流空化的共同影响，在其空间中通过高剪切混合器对石墨烯片层进行分离。可以通过石墨烯浓度C、转子转速N、剪切时间t、转子直径D以及溶剂体积V来构造函数关系，并在不同的溶剂体积下对石墨烯片层进行了剪切剥离。

化学改性法分散石墨烯一般通过化学反应在石墨烯表面接枝特殊的官能团对石墨烯进行改性，最终达到使其稳定分散的目的。共价改性和非共价改性。

石墨烯骨架结构在理想状态下是一种完美的蜂窝状结构，但实际上石墨烯苯环边缘处往往存在杂质或缺陷，而利用共价键结合接枝到石墨烯和氧化石墨烯之间的边界或缺陷部位，然后再通过存在于其中的活性点。因此可以先对氧化石墨烯进行共价键改性，再还原得到改性石墨烯，从而达到分散的目的。

非共价改性制备石墨烯分散液是石墨烯表面进行功能化，利用特定功能大分子与GO片层之间的相互作用力杂化得到拥有相应功能的GO杂化粒子能够在不破坏石墨烯结构的情况下对其改性，使得改性后的石墨烯性能不受影响，几种常见的相互作用包括π-π键堆积作用、离子键相互作用、氢键作用和静电作用等。和共价结合法比较，这种方式更加简单，但是相应的成本也随之上升。

石墨烯的分散问题一直是石墨烯领域的难点问题，也是石墨烯走向广泛应用必须要克服的问题。未来需要进一步研究石墨烯分散的机理和优化方法，以提高石墨烯分散的稳定性和可控性，为其广泛应用奠定更加坚实的基础。