超声波石墨烯分散设备可以从石墨薄片或颗粒中生产出石墨烯层。常见的分散技术（例如球磨机，辊磨机或高剪切混合器）容易受到使用侵蚀性试剂和溶剂的影响。而超声波分散技术能够很好地克服这个问题，高效地制备石墨烯材料。

超声制备石墨烯是基于空化效应，因此不会破坏石墨烯内部的量子结构。超声空化通过高功率超声波，可以产生高频振幅。高功率超声可以用于液体的处理，例如混合，乳化，分散和解聚或研磨。当以高强度对液体进行超声处理时，传播到液体介质中的声波会导致交替的高压（压缩）和低压（反射）循环，速率取决于频率。在低压循环中 高强度超声波会在液体中产生小的真空气泡或空隙。当气泡达到无法吸收能量的体积时，它们会在高压循环中剧烈塌陷。这种现象称为空化。

超声波石墨烯分散设备会将高频振动传递到液体中，这种机械应力的施加能使石墨烯颗粒的团聚分开。在对液体进行超声处理时，传播到液体介质中的声波导致高压（压缩）和低压（反射）循环交替进行。液体中的超声空化会导致高达1000 km / h（约600 mph）的高速液体射流。这种射流在颗粒之间以高压挤压液体并将石墨烯彼此分离。较小的颗粒会随着液体射流而加速并高速碰撞。高速碰撞产生的高强度的冲击波不断作用在石墨体表面，石墨会反射并产生拉应力。当大量的微气泡破裂时，石墨薄片之间的拉伸应力不断增加，石墨烯薄片会逐渐被剥离。