CN106082191B

CN106082191B - 一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见方法

Info

Publication number: CN106082191B
Application number: CN201610414069.8A
Authority: CN
Inventors: 暴宁钟; 史叶勋; 沈丽明; 李畅; 蒋峰
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2036-06-13
Also published as: CN106082191A

Abstract

本发明涉及一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见方法，主要是通过改变氧化石墨烯的光学性能，使之能够在光学显微镜下对比度增强，从而进行形貌、尺寸等表征。具体为通过加入染色剂改变氧化石墨烯的透光性，染色剂分子直接吸附在氧化石墨烯的表面，控制染色剂的添加量，使得染色剂分子溶解在水中的颜色和附着有染色剂分子的氧化石墨烯片层有明显的颜色不同，形成强烈的颜色对比，使得本来透光性极好的单层氧化石墨烯可以在光学显微镜下被观察到。与现有表征技术相比，本发明具有操作简单、精确度高、经济高效、适合大规模推广使用等优点。

Description

一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见方法

技术领域

本发明涉及一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见技术，具体涉及一种利用染色剂改变单层氧化石墨烯光学性能的方法。

背景技术

石墨烯，是一种由sp²杂化的碳原子以平面碳六元环结构组成的二维材料，它仅仅只有一个碳原子的厚度即0.335nm，碳六元环类似于苯环结构，C-C之间夹角为120°，键长约为0.14nm，高键能使得石墨烯的结构非常稳定。在发现石墨烯之前，理论学家一直认为它不能存在，直到2004年英国Manchester大学的两名物理学家海姆和他的学生诺沃肖诺夫利用胶带反复剥离石墨的技术获得了石墨烯材料，二人则凭借开创性地实验发现了理论界认为不可能存在于有限温度下的二维石墨烯材料得到了物理学Nobel奖。自从成为了碳家族的新成员，石墨烯就吸引着全世界科研人员的目光。石墨烯结构中的电子运动速度超过了在其他金属单体或是半导体中的运动速度，能达到光速的1/300，室温下石墨烯的电子迁移率可达2×10⁵cm²·V^-1·s^-1。单层石墨烯的比表面积能够达到2630m²·g^-1，并且几近透明，光吸收率只有2.3％。单层石墨烯的杨氏模量高达1100GPa，比10级的金刚石还高，并且韧性非常好，可以随意弯曲。此外，石墨烯还有优异的导热性能，导热率高达5000W·m^-1·K^-1。因此，石墨烯是一种应用潜力非常广泛的碳材料，在新一代信息技术、节能环保、海洋工程、新能源等高技术产业领域和复合材料、涂层等传统产业领域都有巨大的应用前景。

目前已经报道的石墨烯的制备技术主要有微机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法和液相制备法等几种。但是，相比其他几种技术，氧化还原法有着操作简单、成本低和能稳定批量生产高质量石墨烯的优点，所以氧化还原法最有希望实现石墨烯的大规模制备及应用。氧化石墨烯是氧化还原法制备石墨烯过程中的一个极为重要的中间产物，其质量直接决定了石墨烯产品的质量，所以我们要获得高质量的石墨烯就要保证氧化石墨烯的产品质量与性能。层数是氧化石墨烯产品最重要的质量指标参数，单层的氧化石墨烯可以制备出单层的石墨烯，只有单层的石墨烯材料才能真正体现出石墨烯作为二维材料的各种卓越性能。目前能表征单层氧化石墨烯的设备多为高端科研设备，最具有代表性的就是原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)，这两种表征设备价格极其高昂，并且设备的使用过程很复杂，非专业人员很难操作使用，且由于仪器本身的精密性，设备的维护成本也十分昂贵。单层氧化石墨烯由于自身极佳的透光性，用常规方法在普通光学显微镜下无法被观察到。因此，我们急需寻求一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯表征技术。

物质对光发生不同的选择吸收就会呈现不同的颜色，染料的情况也是这样。光是一种可见的电磁波。电磁波的波长范围很广，但是可见的仅仅是其中一个很窄的波段。可见光波长范围大致为380～780nm。人的视觉神经对于超过这个范围的电磁波不产生色的反映。不同波长的光波在人的视觉上产生不同的反映。400nm～435nm为紫色，435nm～480nm为蓝色，480nm～500nm为蓝绿色，500nm～560nm为绿色，560nm～580nm为黄绿色，580nm～595nm为黄色，595nm～605nm为橙色，605nm～700nm为红色。这是一个各种波长的光波组成的连续光谱。阳光照射染料溶液，不同颜色的染料对不同波长的光波发生不同程度的吸收。黄色染料溶液所吸收的主要是蓝色光波，透过的光呈黄色；紫红色染料溶液所吸收的主要是绿色光波；青色染料溶液所吸收的主要是红色光波；如果把上述各种染料所吸收的光波和透过的光波分别叠加在一起，便又得到白光。这种将两束光线相加可成白光的颜色关系称为补色关系。黄色和蓝色、紫红色和绿色、青色和红色灯互为补色。染料的颜色就是它们所吸收的光波颜色的补色是它们对光的吸收特性在人们视觉上产生的反映。染料分子的颜色与结构的关系，实质上就是染料分子对光的吸收特性和它们的结构之间的关系。当染色剂分子吸附在氧化石墨烯片层表面上时，由于染色剂分子自身的吸光特性，从而使得氧化石墨烯片的吸光性能增强，由于在氧化石墨烯上及溶液中染色剂分子浓度不同造成强烈的颜色对比使得单层氧化石墨烯能够在显微镜下被观察到。

发明内容

本发明的目的在于克服现有单层氧化石墨烯表征技术的不足，提供一种操作方便、简单实用、高效、直观、适合推广使用的基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见技术。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见方法，其包括如下步骤：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：取通过改性的Hummers法制备的氧化石墨并配成分散液，或者通过改性的Hummers法制备出氧化石墨分散液，将氧化石墨分散液离心洗涤至中性或接近中性，得到氧化石墨中性胶体；氧化石墨中性胶体用去离子水配成分散液，然后进行超声剥离，得到单层氧化石墨烯溶液；

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：配制染色剂溶液，将染色剂溶液加入到单层氧化石墨烯溶液中进行混合，对得到的混合液进行加热、超声或离心后处理，得到变色的氧化石墨烯溶液，最后利用光学显微镜对单层氧化石墨烯进行形貌尺寸的观察。

本发明中氧化石墨是通过改性的Hummers法所制备的氧化石墨(具体技术参见专利ZL201110372309.X)。优选上述的氧化石墨的尺寸为50目～10000目，纯度为95％～99.999％。

在步骤1)中，离心洗涤氧化石墨分散液，将氧化石墨离心洗涤干净之后取样测氧化石墨中性胶体的固含量。称取一定量氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成一定浓度的氧化石墨分散液，将配制好的氧化石墨分散液倒入到锥形瓶中，放置在超声清洗机中超声剥离。将超声得到的氧化石墨烯溶液进行AFM表征，可以得到单层氧化石墨烯溶液的AFM表征图片。将超声得到的氧化石墨烯溶液采用光学显微镜进行表征发现其在光学上几乎是完全透明的，在显微镜下我们无法观察到单层氧化石墨烯片层的存在。

在步骤1)中，所述的氧化石墨分散液浓度为5g/L～10g/L；氧化石墨中性胶体的浓度为5g/L～15g/L，纯度为98％～99.5％。

在步骤1)中，洗涤至中性或接近中性是指洗涤后的氧化石墨胶体pH值在5.5～6.5。

在步骤1)中，超声剥离的频率为20kHz～80kHz，时间为0.5h～5h。

在步骤1)中，单层氧化石墨烯溶液的浓度为0.1g/L～5g/L。

在步骤2)中，染色剂为偶氮染料、蒽醌染料或靛类染料；在一种优选方案中，染色剂选自酸性品红、刚果红、甲基蓝、固绿、伊红、结晶紫、甲基绿、甲基紫、龙胆紫、亚甲蓝、番红中的一种。

在步骤2)中，染色剂溶液浓度为0.01mol/L～1mol/L。染色剂与氧化石墨烯的质量比为1:10～1:80。

在步骤2)中，染色剂与氧化石墨烯的混合方式为搅拌、震荡中的一种，其中搅拌时间为0.5min～1.5min，震荡时间为1min～3min。

在步骤2)中，加热后处理的加热温度为45℃～70℃，超声后处理的时间为3min～10min；离心后处理的转速为6000r/min～9000r/min，时间为5min～12min。

本发明通过加入染色剂改变单层氧化石墨烯的透光性，染色剂分子直接吸附在氧化石墨烯的表面，改变了氧化石墨烯的光学性能，使得本来透光性极好的单层氧化石墨烯透光性下降，在光学显微镜下可以被观察到。

本发明通过调控染色剂与氧化石墨烯的质量比，提高染色剂颜色和氧化石墨烯颜色的对比度，来达到单层氧化石墨烯光学显微镜下易被观察的目的，在该方法中，染色剂的选择及其用量，以及其他条件的配合都对单层氧化石墨烯光学性能的改变具有较大影响。

本发明通过添加染色剂使其附着于氧化石墨烯片层表面，通过控制染色剂的添加量和其他配合条件，使得染色剂分子溶解在水中的颜色和附着有染色剂分子的氧化石墨烯片层有明显的颜色不同，形成强烈的颜色对比并增强颜色对比度，改变单层氧化石墨烯的光学性能。使得原本透光性极好的单层氧化石墨烯可以通过光学显微镜观察，本发明是一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见技术。本发明有着操作方便、精确度高、简单实用、经济高效、适合大规模推广使用等优点。

附图说明

图1为单层氧化石墨烯溶液的AFM表征图片。从图中可以看出单层氧化石墨烯片层的厚度在1nm左右，氧化石墨烯由于表面含有大量的含氧官能团，水合作用下单层的氧化石墨烯片层为0.8nm～1.2nm。

图2为单层氧化石墨烯溶液的显微镜图片。单层氧化石墨烯溶液由于其自身的结构影响，在光学上几乎是完全透明的，在显微镜下我们无法观察到单层氧化石墨烯片层的存在。

图3为染色剂染色的单层氧化石墨烯溶液显微镜图片。单层的氧化石墨烯无法在显微镜下直接观察到，但是当我们在氧化石墨烯溶液中加入了一定量的染色剂溶液，染色剂的分子会附着在氧化石墨烯片层表面，形成强烈的颜色对比，使得单层氧化石墨烯能够在显光学微镜下被观察到。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取10g(500目，纯度为99.97％)天然鳞片石墨与500mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在11℃的水浴中快速加入70g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到60℃，反应40min，加入1450mL水，同时将体系升温至90℃反应10min，再加入50mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为5g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体的pH值为5.8，取样测得氧化石墨胶体(纯度为99.1％)的浓度为11.8g/L。称取含有0.2g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成100mL的2g/L的氧化石墨分散液B，将配制好的氧化石墨分散液B倒入到锥形瓶中，放置在40kHz超声清洗机中超声剥离。在超声65min的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果显示氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.5mol/L的伊红溶液，按照质量比1：30加入到步骤1中制得的单层氧化石墨烯溶液中，用玻璃棒搅拌0.5min，混合均匀后将溶液超声10min。氧化石墨烯溶液完全变为了红色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

实施例2：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取6g(800目，纯度为99.9％)天然鳞片石墨与500mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在11℃的水浴中快速加入40g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到45℃，反应100min，然后加入650mL水，同时将体系升温至90℃反应12min，再加入50mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为5g/L。离心洗涤步骤1中制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为6.5，取样测得氧化石墨胶体(纯度为99.5％)的浓度为10g/L。称取含有0.02g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成200mL的0.1g/L的氧化石墨分散液，将配好的氧化石墨分散液倒入到锥形瓶中，放置在28kHz超声清洗机中超声剥离。在超声0.5h的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.01mol/L的甲基蓝溶液，按照质量比1：10加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡3min，混合均匀之后将溶液加热到70℃。氧化石墨烯溶液完全变为了蓝色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

实施例3：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取1g(100目，纯度为98％)天然鳞片石墨与50mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在4℃的水浴中快速加入10g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到50℃，反应1.5h，加入65mL水，同时将体系升温至90℃反应15min，再加入10mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为8g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为6.2，取样测得氧化石墨胶体(纯度为98.7％)的浓度为14.2g/L。称取含有0.4g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成100mL的4g/L的氧化石墨分散液，将配好的氧化石墨分散液倒入锥形瓶中，放置在20kHz超声清洗机中超声剥离。在超声3h的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果显示氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.2mol/L的龙胆紫溶液，按照质量比1：50加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，搅拌0.5min。搅拌之后将溶液6000r/min离心12min，取上层液体。氧化石墨烯溶液完全变为了紫色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯片层，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

实施例4：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取2g(10000目，纯度为99.999％)天然鳞片石墨与100mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在8℃的水浴中快速加入12g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到50℃，反应1h，然后加入85mL水，同时将体系升温至90℃反应15min，再加入15mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为10g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为5.6，取样测得氧化石墨胶体(纯度为98.6％)的浓度为11.0g/L。称取含有0.5g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成100mL的5g/L的氧化石墨分散液B，将配好的氧化石墨分散液B倒入到锥形瓶中，放置在28kHz超声清洗机中超声剥离。在超声5h的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.1mol/L的固绿溶液，按照质量比1：80加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡1min，混合均匀之后将溶液超声10min。上层为染色后的氧化石墨烯溶液，呈绿色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯片层，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

实施例5：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取1g(50目，纯度为95％)天然鳞片石墨与50mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在6℃的水浴中快速加入6g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到45℃，反应2.5h，加入40mL去离子水，同时将体系升温至90℃反应25min，再加入10mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为10g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为5.5，取样测得氧化石墨胶体(纯度为98％)的浓度为11.5g/L。称取含有0.5g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成250mL的2g/L的氧化石墨分散液B，将配好的氧化石墨分散液B倒入到锥形瓶中，放置在80kHz超声清洗机中超声剥离。在超声90min的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果显示氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.05mol/L的刚果红溶液，按照质量比1：15加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，搅拌1.5min，混合均匀之后将溶液加热到45℃。氧化石墨烯溶液完全变为了红色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯片层，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

实施例6：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取4g(1250目，纯度为99.98％)天然鳞片石墨与300mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在7℃的水浴中快速加入30g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到50℃，反应35min，加入175mL水，同时将体系升温至90℃反应15min，再加入25mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为8g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为6.4，取样测得氧化石墨胶体(纯度为98.8％)的浓度为15.0g/L。称取含有0.2g氧化石墨的胶体，加入去离子水配制成100mL的2g/L的氧化石墨分散液B，将配好的氧化石墨分散液B倒入到锥形瓶中，放置在20kHz超声清洗机中超声剥离。在超声65min的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果显示氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制1mol/L的甲基紫溶液，按照质量比1：45加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡3min。震荡之后将溶液9000r/min离心5min，取上层液体。上层为紫色的氧化石墨烯溶液。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们在显微镜下观察到了染色的单层氧化石墨烯片层，氧化石墨烯表面附着有大量的染色剂。通过染色剂的附着，我们可以在显微镜下观察到单层的氧化石墨烯，说明染色剂染色可以有效的表征单层氧化石墨烯。

对比例1：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制1mol/L的甲基紫溶液，按照质量比1：100加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡3min。震荡之后将溶液9000r/min离心5min，取上层液体。上层为淡紫色的氧化石墨烯溶液。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，我们无法在显微镜下观察到染色的单层氧化石墨烯片层，由于染色剂的用量太少，附着效果很差，没有办法对单层氧化石墨烯进行有效的表征。

对比例2：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制2mol/L的固绿溶液，按照质量比1：10加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡1min，混合均匀之后将溶液超声10min。上层为染色后的氧化石墨烯溶液，颜色为深绿色。用滴管吸取染色之后的氧化石墨烯溶液，滴一滴在载玻片上，在液滴上方盖上一块盖玻片，将载玻片放置在显微镜下进行观察。通过聚焦，无法看到单层氧化石墨烯片层，由于染色剂的浓度过高，使得染色之后的氧化石墨烯溶液颜色很深，显微镜下看到的全是染色剂的背景色，没有形成染色剂和氧化石墨剂的对比色，所以无法有效的对单层氧化石墨烯进行表征。

对比例3：

1)单层氧化石墨烯溶液的制备：

取6g(800目，纯度为99.9％)天然鳞片石墨与500mL质量浓度为98％硫酸混合均匀后，在11℃的水浴中快速加入40g高锰酸钾，混合均匀，加入高锰酸钾的过程保持体系温度0-20℃。然后将体系温度升高到45℃，反应100min，然后加入650mL水，同时将体系升温至90℃反应12min，再加入50mL双氧水(30wt％)还原过量的高锰酸钾终止反应，得到氧化石墨分散液，质量浓度为5g/L。离心洗涤制备的氧化石墨，洗涤后的氧化石墨胶体pH值为6.5，取样测得氧化石墨胶体(纯度为99.5％)的浓度为10g/L。称取含有0.02g氧化石墨的中性胶体，加入去离子水配制成200mL的0.1g/L的氧化石墨分散液，将配好的氧化石墨分散液倒入到锥形瓶中，放置在28kHz超声清洗机中超声剥离。在超声0.5h的时候取样进行AFM表征，AFM表征结果氧化石墨烯片层厚度均在1nm左右，为单层的氧化石墨烯溶液。用滴管取样，滴在载玻片上，进行光学显微镜的观察，显微镜下完全空白，无法看见单层的氧化石墨烯。

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：

配制0.5mol/L的苏丹III溶液，按照质量比1：20加入到步骤2中制得的单层氧化石墨烯溶液中，震荡3min，苏丹III溶液与氧化石墨烯溶液分层。由于苏丹III是一种脂肪染色剂，不溶于水，而氧化石墨烯溶液的溶剂为水，苏丹III不能和氧化石墨烯溶液互溶，导致其无法对氧化石墨烯染色。

Claims

1.一种基于光学显微镜的单层氧化石墨烯染色可见方法，其特征在于包括如下步骤：

2)光学显微镜下单层氧化石墨烯的表征：配制溶液浓度为0.01mol/L～1mol/L的染色剂溶液，将染色剂溶液加入到单层氧化石墨烯溶液中进行混合，对得到的混合液进行加热，加热温度为45℃～70℃，超声或离心，得到变色的氧化石墨烯溶液，最后利用光学显微镜对单层氧化石墨烯进行形貌尺寸的观察；所述染色剂选自酸性品红、刚果红、甲基蓝、固绿、伊红、结晶紫、甲基绿、甲基紫、龙胆紫、亚甲蓝、番红中的一种；染色剂与氧化石墨烯的质量比为1:10～1:80。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤1)中，所述氧化石墨的尺寸为50目～10000目，纯度为95％～99.999％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤1)中，所述的氧化石墨分散液浓度为5g/L～10g/L；所述氧化石墨中性胶体的浓度为11g/L～15g/L，纯度为98％～99.5％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤1)中，洗涤至中性或接近中性是指洗涤后的氧化石墨胶体pH值在5.5～6.5。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤1)中，超声剥离的频率为20kHz～80kHz，超声时间为0.5h～5h；单层氧化石墨烯溶液的浓度为0.1g/L～5g/L。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤2)中，染色剂与氧化石墨烯的混合方式为搅拌、震荡中的一种，其中搅拌时间为0.5min～1.5min，震荡时间为1min～3min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤2)中，超声处理的时间为3min～10min；离心后处理的转速为6000r/min～9000r/min，时间为5min～12min。