基本信息

編輯推薦

《納米材料前沿》叢書是由材料及化學領域的學術帶頭人共同完成的大型齣版項目，是國傢齣版基金資助項目。14名主要著作責任者中，含7名中國科學院院士，其餘全部為“長江學者”，“傑齣青年”。 本書是其中一個分冊，由劉雲圻院士組織國內石墨烯領域成果比較突齣的學者編寫，重點介紹瞭石墨烯材料的基礎及應用研究，尤其是在電學和光電子領域的應用。

內容提要

本書依據作者研究團隊以及國內外石墨烯材料的*新研究進展，從基礎到應用較全麵地概述瞭石墨烯的基本概念、基本理論和原理，詳細敘述瞭石墨烯的製備方法、生長機理、凝聚態結構和石墨烯化學，重點闡述瞭石墨烯的電學性質、光學性質和磁學性質，*後較為係統地介紹瞭石墨烯在復閤材料、能源材料和工業應用等方麵的前景和存在的挑戰。 本書可供高等院校化學、材料、物理和信息等專業高年級本科生、研究生以及研究院所科研人員參考和閱讀。

作者簡介

本書主編劉雲圻，中國科學院院士，中科院化學所有機固體實驗室研究員、博士生導師，科技部國傢重點基礎研究發展計劃（973計劃）重大科學前沿領域第四屆專傢谘詢組副組長、中國化學會理事、有機固體專業委員會副主任，並擔任Scientific Reports, Nanoscale, Flexible Printed Electronics等7種期刊的編委/顧問委員會成員。主要從事分子材料的設計、閤成，包括 -共軛小分子、高分子和石墨烯；以及這些材料在光電子器件中的應用，包括場效應晶體管和分子器件。發錶SCI論文500餘篇，他人引用1萬8韆餘次，H因子大於70，獲授權中國發明專利65項。獲國傢自然科學二等奬1項。2014年入選湯森路透全球“高被引科學傢”目錄，以及愛思唯爾中國高被引學者榜單。

目錄

第1章石墨烯的基礎知識001 耿德超（中國科學院化學研究所） 1.1 石墨烯的發現曆史 002 1.2 石墨烯的基本結構與性能 006 1.2.1 石墨烯的基本結構 006 1.2.2 石墨烯的基本性能 006 1.3 石墨烯的基本錶徵手段 015 1.3.1 光學顯微分析 015 1.3.2 電子顯微分析 018 1.3.3 掃描探針顯微分析 022 1.3.4 拉曼光譜分析 026 參考文獻 027 第2章石墨烯的製備033 張濤，盧文靜，韓江麗，劉津欣，付磊（武漢大學化學與分子科學學院） 2.1 剝離法 034 2.1.1 機械剝離法 034 2.1.2 化學剝離法 037 2.2 SiC錶麵外延生長法 041 2.2.1 在SiC的Si終止麵外延生長石墨烯 042 2.2.2 在SiC的C終止麵外延生長石墨烯 043 2.3 電弧放電法 044 2.4 氧化還原法 045 2.4.1 石墨氧化物的製備 045 2.4.2 石墨氧化物的還原 049 2.5 化學氣相沉積法 056 2.5.1 金屬錶麵化學氣相沉積 056 2.5.2 絕緣基底錶麵化學氣相沉積 073 2.6 其他方法 076 2.6.1 偏析生長石墨烯 077 2.6.2 自下而上閤成石墨烯 079 2.6.3 切開碳納米管製備石墨烯 080 2.6.4 TEM電子束石墨化 081 2.7 石墨烯的轉移 082 2.7.1 將機械剝離的石墨烯轉移至任意基底上 083 2.7.2 剝離SiC錶麵外延生長的石墨烯 085 2.7.3 將金屬上以CVD法生長的石墨烯轉移至任意基底上 087 2.7.4 任意基底上生長的石墨烯的通用轉移法 095 2.7.5 小結 096 參考文獻 097 第3章石墨烯化學105 王西鸞，石高全（北京林業大學材料科學與技術學院，清華大學化學係） 3.1 引言 106 3.2 石墨烯功能化 107 3.2.1 石墨烯平麵的共價功能化 108 3.2.2 石墨烯邊緣的共價功能化 117 3.2.3 非共價功能化石墨烯 120 3.3 石墨烯摻雜 122 3.3.1 錶麵轉移摻雜 123 3.3.2 取代摻雜 124 3.4 石墨烯光化學 129 3.4.1 基於自由基的光化學反應 130 3.4.2 光還原反應 132 3.5 石墨烯催化化學 134 3.5.1 氧化石墨烯催化 134 3.5.2 還原氧化石墨烯催化 136 3.5.3 雜化石墨烯催化 137 3.5.4 功能化石墨烯催化 138 3.6 石墨烯超分子化學 139 3.6.1 液晶行為 139 3.6.2 自組裝 142 3.6.3 三維自組裝 144 3.7 總結與展望 152 參考文獻 153 第4章石墨烯的電學性質167 魏大程，蔡智（復旦大學高分子科學係） 4.1 石墨烯的基本電學性質 168 4.2 對石墨烯電學性能的調控 170 4.2.1 通過物理的方法 170 4.2.2 通過化學的方法 173 4.2.3 通過構建異質結的方法 183 4.3 石墨烯在電學方麵的應用 185 4.3.1 石墨烯場效應晶體管 185 4.3.2 石墨烯高頻器件 189 4.3.3 石墨烯邏輯電路 192 4.3.4 石墨烯傳感器 195 4.3.5 石墨烯存儲器件 198 4.3.6 石墨烯電極 202 4.3.7 光電探測器 204 4.3.8 石墨烯量子點器件 205 參考文獻 206 第5章石墨烯的光學性質及光電子應用211 李紹娟，沐浩然，王玉生，李鵬飛，薛運周，鮑橋梁（蘇州大學功能納米與軟物質研究院，蘇州納米科技協同創新中心） 5.1 石墨烯的光學性質 212 5.1.1 石墨烯的綫性光學性質 212 5.1.2 石墨烯的非綫性光學性質 213 5.2 石墨烯在激光器中的應用 215 5.2.1 基於石墨烯的鎖模光縴激光器應用 217 5.2.2 基於石墨烯的調Q光縴激光器應用 220 5.2.3 石墨烯在固體激光器上的應用 221 5.3 基於石墨烯的光調製器 223 5.3.1 基於直波導結構的石墨烯電光調製器 223 5.3.2 基於微環及馬赫-曾德爾結構的石墨烯電光調製器 226 5.3.3 基於平麵結構的石墨烯電光調製器 229 5.4 基於石墨烯的光偏振器 232 5.5 基於石墨烯的光探測器 234 5.5.1 基於石墨烯的超快、寬波段光探測器 234 5.5.2 等離子體增強的石墨烯光探測器 235 5.5.3 共振腔增強的石墨烯光探測器 238 5.5.4 波導型石墨烯光探測器 239 5.5.5 疊層範德華異質結型光探測器 241 5.6 石墨烯的錶麵等離子體 242 5.6.1 石墨烯錶麵等離子體的激發機製 243 5.6.2 石墨烯錶麵等離子體的觀測方法 245 5.6.3 石墨烯錶麵等離子體的應用 250 5.7 總結與展望 254 參考文獻 255 第6章石墨烯的磁學性質263 夏慶林（中南大學物理與電子學院） 6.1 引言 264 6.2 磁性基本知識 266 6.2.1 微觀物質（原子）的磁性 266 6.2.2 宏觀物質的磁性 266 6.3 缺陷對石墨烯磁性的影響 268 6.3.1 點缺陷 268 6.3.2 晶界和邊界（綫缺陷） 273 6.3.3 石墨烯納米帶的磁性 277 6.4 摻雜對石墨烯磁性的影響 277 6.4.1 非磁性元素摻雜 277 6.4.2 磁性元素摻雜 280 6.5 原子和分子/團簇吸附對石墨烯磁性的影響 280 6.5.1 原子吸附 280 6.5.2 分子吸附 282 6.6 石墨烯的超導電性 284 6.7 總結與展望 287 參考文獻 287 第7章石墨烯基復閤材料299 苗力孝，孔德斌，智林傑（國傢納米科學中心） 7.1 引言 300 7.2 石墨烯基電學復閤材料 302 7.2.1 石墨烯基儲能復閤材料 302 7.2.2 石墨烯基電催化復閤材料 306 7.3 石墨烯基光學復閤材料 309 7.3.1 石墨烯量子點復閤材料在光學領域中的應用 309 7.3.2 石墨烯基光催化復閤材料 313 7.3.3 石墨烯基透明導電薄膜復閤材料 316 7.4 石墨烯基生物復閤材料 319 7.4.1 石墨烯基生物復閤支撐材料 319 7.4.2 石墨烯基生物功能材料 321 7.4.3 石墨烯基生物傳感材料 322 7.5 石墨烯基力學與熱學復閤材料 324 7.6 石墨烯基復閤材料在其他領域中的應用 327 7.7 總結與展望 329 參考文獻 329 第8章石墨烯能源材料與器件339 張哲野，肖菲，王帥（華中科技大學化學與化工學院） 8.1 引言 340 8.2 超級電容器 341 8.2.1 超級電容器儲能機理 342 8.2.2 石墨烯材料在超級電容器中的應用 344 8.3 二次電池 349 8.3.1 鋰離子電池 350 8.3.2 石墨烯材料在鋰離子電池中的應用 351 8.3.3 石墨烯材料在鋰硫電池中的應用 353 8.3.4 石墨烯材料在鈉離子電池中的應用 354 8.3.5 石墨烯材料在金屬-空氣電池中的應用 355 8.4 燃料電池 356 8.5 太陽能電池 358 8.5.1 石墨烯材料在染料敏化太陽能電池中的應用 358 8.5.2 石墨烯材料在量子點太陽能電池中的應用 360