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(jié)構(gòu)的新材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

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

在這篇應(yīng)用報(bào)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(cè)了分散在水性環(huán)境中的改性石墨烯的Zeta電位。

石墨烯Zeta電位測(cè)試原理和設(shè)備

電泳光散射技術(shù)ELS是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上，檢測(cè)角度12°的散射光信號(hào)。在樣品兩端施加一個(gè)電場(chǎng)，樣品中的帶點(diǎn)顆粒在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行電泳運(yùn)動(dòng)。由于顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)，樣品的散射光的頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻移，即多普勒頻移。利用數(shù)學(xué)方法處理散射光信號(hào)，得到散射光的頻率移動(dòng)，進(jìn)而得到顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)速度，即電泳遷移率μ。通過(guò)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(lái)：

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(zhǎng)671 nm，功率50 mW激光器作為光源，在173°角進(jìn)行粒徑檢測(cè)，在12°角進(jìn)行Zeta電位檢測(cè)。采用PALS相位分析光散射技術(shù)。

圖1. BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀

石墨烯Zeta電位測(cè)試樣品制備和測(cè)試條件

測(cè)試了兩個(gè)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(cè)濁度不高，所以采用原樣測(cè)試。

圖2. 左側(cè)為樣品一，右側(cè)為樣品二

通過(guò)BeNano 180 Zeta內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)默認(rèn)測(cè)試溫度控制為25℃±0.1℃，每一個(gè)樣品在放入樣品池后進(jìn)行至少三次測(cè)試，以檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和得到結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

石墨烯Zeta電位測(cè)試測(cè)試結(jié)果和討論

圖3. 樣品1多次檢測(cè)相圖

圖4. 樣品2多次檢測(cè)相圖

通過(guò)電泳光散射，得到了兩個(gè)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(fù)性測(cè)試的相圖，相圖斜率代表了散射光由于電泳運(yùn)動(dòng)造成的頻率的偏移。可以通過(guò)圖中曲線看出，相圖斜率清晰，信噪比良好。

表１.Zeta電位結(jié)果

對(duì)于兩個(gè)樣品的３次重復(fù)性結(jié)果列于表１中，可以看到兩個(gè)石墨烯樣品在當(dāng)前溶液環(huán)境中Zeta電位為負(fù)值，說(shuō)明石墨烯顆粒表面攜帶負(fù)電。相對(duì)而言樣品1的Zeta電位絕對(duì)值更高，說(shuō)明在當(dāng)前溶液環(huán)境中樣品1表面的電荷密度更高。三次測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好，說(shuō)明顆粒表面帶有較多電荷，懸浮液穩(wěn)定性較好。