超聲波石墨烯分散設備可以從石墨薄片或顆粒中生產出石墨烯層。常見的分散技術（例如球磨機，輥磨機或高剪切混合器）容易受到使用侵蝕性試劑和溶劑的影響。而超聲波分散技術能夠很好地克服這個問題，高效地制備石墨烯材料。

超聲制備石墨烯是基于空化效應，因此不會破壞石墨烯內部的量子結構。超聲空化通過高功率超聲波，可以產生高頻振幅。高功率超聲可以用于液體的處理，例如混合，乳化，分散和解聚或研磨。當以高強度對液體進行超聲處理時，傳播到液體介質中的聲波會導致交替的高壓（壓縮）和低壓（反射）循環，速率取決于頻率。在低壓循環中 高強度超聲波會在液體中產生小的真空氣泡或空隙。當氣泡達到無法吸收能量的體積時，它們會在高壓循環中劇烈塌陷。這種現象稱為空化。

超聲波石墨烯分散設備會將高頻振動傳遞到液體中，這種機械應力的施加能使石墨烯顆粒的團聚分開。在對液體進行超聲處理時，傳播到液體介質中的聲波導致高壓（壓縮）和低壓（反射）循環交替進行。液體中的超聲空化會導致高達1000 km / h（約600 mph）的高速液體射流。這種射流在顆粒之間以高壓擠壓液體并將石墨烯彼此分離。較小的顆粒會隨著液體射流而加速并高速碰撞。高速碰撞產生的高強度的沖擊波不斷作用在石墨體表面，石墨會反射并產生拉應力。當大量的微氣泡破裂時，石墨薄片之間的拉伸應力不斷增加，石墨烯薄片會逐漸被剝離。