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石墨烯（Graphene）是一種碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料，具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

可以在石墨烯表面植入官能團從而大幅提高材料的細胞和生物活性，石墨烯的表面帶電與表面改性密切相關。

在這篇應用報告中，我們使用丹東百特儀器公司推出的BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀檢測了分散在水性環(huán)境中的改性石墨烯的Zeta電位。

原理和設備

電泳光散射技術ELS是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上，檢測角度12°的散射光信號。在樣品兩端施加一個電場，樣品中的帶點顆粒在電場力的驅動下進行電泳運動。由于顆粒的電泳運動，樣品的散射光的頻率會產(chǎn)生一個頻移，即多普勒頻移。利用數(shù)學方法處理散射光信號，得到散射光的頻率移動，進而得到顆粒的電泳運動速度，即電泳遷移率μ。通過Henry方程，我們把顆粒的電泳遷移率和其Zeta電位ζ聯(lián)系起來：

其中ε為介電常數(shù)，?為溶劑粘度，f(κα)為Henry函數(shù)，κ為德拜半徑倒數(shù)，α代表粒徑，κα代表了雙電層厚度和顆粒半徑的比值。

丹東百特公司的BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀，使用波長671 nm，功率50 mW激光器作為光源，在173°角進行粒徑檢測，在12°角進行Zeta電位檢測。采用PALS相位分析光散射技術。

圖1. BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀

樣品制備和測試條件

測試了兩個表面改性的石墨烯懸浮液樣品的Zeta電位。由于樣品本身為懸浮液，目測濁度不高，所以采用原樣測試。

圖2. 左側為樣品一，右側為樣品二

通過BeNano 180 Zeta內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)開機默認測試溫度控制為25℃±0.1℃，每一個樣品在放入樣品池后進行至少三次測試，以檢測結果的重復性和得到結果的標準偏差。

測試結果和討論

圖3. 樣品1多次檢測相圖

圖4. 樣品2多次檢測相圖

通過電泳光散射，得到了兩個表面改性的石墨烯樣品的Zeta電位信息。圖3和圖4中展示了三次重復性測試的相圖，相圖斜率代表了散射光由于電泳運動造成的頻率的偏移?？梢酝ㄟ^圖中曲線看出，相圖斜率清晰，信噪比良好。

表１.Zeta電位結果

對于兩個樣品的３次重復性結果列于表１中，可以看到兩個石墨烯樣品在當前溶液環(huán)境中Zeta電位為負值，說明石墨烯顆粒表面攜帶負電。相對而言樣品1的Zeta電位絕對值更高，說明在當前溶液環(huán)境中樣品1表面的電荷密度更高。三次測試結果的重復性較好，說明顆粒表面帶有較多電荷，懸浮液穩(wěn)定性較好。