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石墨烯

作者: 刘云圻等编著

出版社: 化学工业出版社

出版时间: 2017-11

版次: 1

ISBN: 9787122301543

定价: 148.00

装帧: 精装

开本: 其他

页数: 429页

字数: 480千字

分类: 国学古籍>工程技术

120人买过

本书依据作者研究团队以及靠前外石墨烯材料的近期新研究进展，从基础到应用较全面地概述了石墨烯的基本概念、基本理论和原理，详细叙述了石墨烯的制备方法、生长机理、凝聚态结构和石墨烯化学，重点阐述了石墨烯的电学性质、光学性质和磁学性质，很后较为系统地介绍了石墨烯在复合材料、能源材料和工业应用等方面的前景和存在的挑战。本书可供高等院校化学、材料、物理和信息等专业高年级本科生、研究生以及研究院所科研人员参考和阅读。刘云圻，中国科学院院士，中科院化学所有机固体实验室研究员、博士生导师，科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，并担任Scientific Reports， Nanoscale， Flexible Printed Electronics等7种期刊的编委，顾问委员会成员。章石墨烯的基础知识001
1.1石墨烯的发现历史002
1.2石墨烯的基本结构与性能006
1.2.1石墨烯的基本结构006
1.2.2石墨烯的基本性能006
1.3石墨烯的基本表征手段015
1.3.1光学显微分析015
1.3.2电子显微分析018
1.3.3扫描探针显微分析022
1.3.4拉曼光谱分析026
参考文献027
第2章石墨烯的制备033
2.1剥离法034
2.1.1机械剥离法034
2.1.2化学剥离法037
2.2SiC表面外延生长法041
2.2.1在SiC的Si终止面外延生长石墨烯042
2.2.2在SiC的C终止面外延生长石墨烯043
2.3电弧放电法044
2.4氧化还原法045
2.4.1石墨氧化物的制备045
2.4.2石墨氧化物的还原049
2.5化学气相沉积法056
2.5.1金属表面化学气相沉积056
2.5.2绝缘基底表面化学气相沉积073
2.6其他方法076
2.6.1偏析生长石墨烯077
2.6.2自下而上合成石墨烯079
2.6.3切开碳纳米管制备石墨烯080
2.6.4TEM电子束石墨化081
2.7石墨烯的转移082
2.7.1将机械剥离的石墨烯转移至任意基底上083
2.7.2剥离SiC表面外延生长的石墨烯085
2.7.3将金属上以CVD法生长的石墨烯转移至任意基底上087
2.7.4任意基底上生长的石墨烯的通用转移法095
2.7.5小结096
参考文献097
第3章石墨烯化学105
3.1引言106
3.2石墨烯功能化107
3.2.1石墨烯平面的共价功能化108
3.2.2石墨烯边缘的共价功能化117
3.2.3非共价功能化石墨烯120
3.3石墨烯掺杂122
3.3.1表面转移掺杂123
3.3.2取代掺杂124
3.4石墨烯光化学129
3.4.1基于自由基的光化学反应130
3.4.2光还原反应132
3.5石墨烯催化化学134
3.5.1氧化石墨烯催化134
3.5.2还原氧化石墨烯催化136
3.5.3杂化石墨烯催化137
3.5.4功能化石墨烯催化138
3.6石墨烯超分子化学139
3.6.1液晶行为139
3.6.2自组装142
3.6.3三维自组装144
3.7总结与展望152
参考文献153
第4章石墨烯的电学性质167
4.1石墨烯的基本电学性质168
4.2对石墨烯电学性能的调控170
4.2.1通过物理的方法170
4.2.2通过化学的方法173
4.2.3通过构建异质结的方法183
4.3石墨烯在电学方面的应用185
4.3.1石墨烯场效应晶体管185
4.3.2石墨烯高频器件189
4.3.3石墨烯逻辑电路192
4.3.4石墨烯传感器195
4.3.5石墨烯存储器件198
4.3.6石墨烯电极202
4.3.7光电探测器204
4.3.8石墨烯量子点器件205
参考文献206
第5章石墨烯的光学性质及光电子应用211
5.1石墨烯的光学性质212
5.1.1石墨烯的线性光学性质212
5.1.2石墨烯的非线性光学性质213
5.2石墨烯在激光器中的应用215
5.2.1基于石墨烯的锁模光纤激光器应用217
5.2.2基于石墨烯的调Q光纤激光器应用220
5.2.3石墨烯在固体激光器上的应用221
5.3基于石墨烯的光调制器223
5.3.1基于直波导结构的石墨烯电光调制器223
5.3.2基于微环及马赫-曾德尔结构的石墨烯电光调制器226
5.3.3基于平面结构的石墨烯电光调制器229
5.4基于石墨烯的光偏振器232
5.5基于石墨烯的光探测器234
5.5.1基于石墨烯的超快、宽波段光探测器234
5.5.2等离子体增强的石墨烯光探测器235
5.5.3共振腔增强的石墨烯光探测器238
5.5.4波导型石墨烯光探测器239
5.5.5叠层范德华异质结型光探测器241
5.6石墨烯的表面等离子体242
5.6.1石墨烯表面等离子体的激发机制243
5.6.2石墨烯表面等离子体的观测方法245
5.6.3石墨烯表面等离子体的应用250
5.7总结与展望254
参考文献255
第6章石墨烯的磁学性质263
6.1引言264
6.2磁性基本知识266
6.2.1微观物质（原子）的磁性266
6.2.2宏观物质的磁性266
6.3缺陷对石墨烯磁性的影响268
6.3.1点缺陷268
6.3.2晶界和边界（线缺陷）273
6.3.3石墨烯纳米带的磁性277
6.4掺杂对石墨烯磁性的影响277
6.4.1非磁性元素掺杂277
6.4.2磁性元素掺杂280
6.5原子和分子／团簇吸附对石墨烯磁性的影响280
6.5.1原子吸附280
6.5.2分子吸附282
6.6石墨烯的超导电性284
6.7总结与展望287
参考文献287
第7章石墨烯基复合材料299
7.1引言300
7.2石墨烯基电学复合材料302
7.2.1石墨烯基储能复合材料302
7.2.2石墨烯基电催化复合材料306
7.3石墨烯基光学复合材料309
7.3.1石墨烯量子点复合材料在光学领域中的应用309
7.3.2石墨烯基光催化复合材料313
7.3.3石墨烯基透明导电薄膜复合材料316
7.4石墨烯基生物复合材料319
7.4.1石墨烯基生物复合支撑材料319
7.4.2石墨烯基生物功能材料321
7.4.3石墨烯基生物传感材料322
7.5石墨烯基力学与热学复合材料324
7.6石墨烯基复合材料在其他领域中的应用327
7.7总结与展望329
参考文献329
第8章石墨烯能源材料与器件339
8.1引言340
8.2超级电容器341
8.2.1超级电容器储能机理342
8.2.2石墨烯材料在超级电容器中的应用344
8.3二次电池349
8.3.1锂离子电池350
8.3.2石墨烯材料在锂离子电池中的应用351
8.3.3石墨烯材料在锂硫电池中的应用353
8.3.4石墨烯材料在钠离子电池中的应用354
8.3.5石墨烯材料在金属-空气电池中的应用355
8.4燃料电池356
8.5太阳能电池358
8.5.1石墨烯材料在染料敏化太阳能电池中的应用358
8.5.2石墨烯材料在量子点太阳能电池中的应用360
8.5.3石墨烯在有机光伏电池中的应用360
8.6储氢362
8.7总结与展望366
参考文献367
第9章石墨烯的工业应用前景与展望375
9.1引言376
9.2功能材料381
9.2.1结构增强复合材料381
9.2.2防腐涂层材料385
9.2.3新型导热材料387
9.2.4电磁防护材料391
9.2.5储氢材料393
9.3能源存储与转换395
9.3.1超级电容器396
9.3.2锂电池398
9.3.3太阳能电池400
9.3.4燃料电池403
9.4环境监测与治理405
9.4.1气体检测405
9.4.2污水处理409
9.4.3海水淡化411
9.4.4土壤治理413
9.5总结与展望414
参考文献414
索引426
内容简介:
本书依据作者研究团队以及靠前外石墨烯材料的近期新研究进展，从基础到应用较全面地概述了石墨烯的基本概念、基本理论和原理，详细叙述了石墨烯的制备方法、生长机理、凝聚态结构和石墨烯化学，重点阐述了石墨烯的电学性质、光学性质和磁学性质，很后较为系统地介绍了石墨烯在复合材料、能源材料和工业应用等方面的前景和存在的挑战。本书可供高等院校化学、材料、物理和信息等专业高年级本科生、研究生以及研究院所科研人员参考和阅读。
作者简介:
刘云圻，中国科学院院士，中科院化学所有机固体实验室研究员、博士生导师，科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）重大科学前沿领域第四届专家咨询组副组长、中国化学会理事、有机固体专业委员会副主任，并担任Scientific Reports， Nanoscale， Flexible Printed Electronics等7种期刊的编委，顾问委员会成员。
目录:
章石墨烯的基础知识001
1.1石墨烯的发现历史002
1.2石墨烯的基本结构与性能006
1.2.1石墨烯的基本结构006
1.2.2石墨烯的基本性能006
1.3石墨烯的基本表征手段015
1.3.1光学显微分析015
1.3.2电子显微分析018
1.3.3扫描探针显微分析022
1.3.4拉曼光谱分析026
参考文献027
第2章石墨烯的制备033
2.1剥离法034
2.1.1机械剥离法034
2.1.2化学剥离法037
2.2SiC表面外延生长法041
2.2.1在SiC的Si终止面外延生长石墨烯042
2.2.2在SiC的C终止面外延生长石墨烯043
2.3电弧放电法044
2.4氧化还原法045
2.4.1石墨氧化物的制备045
2.4.2石墨氧化物的还原049
2.5化学气相沉积法056
2.5.1金属表面化学气相沉积056
2.5.2绝缘基底表面化学气相沉积073
2.6其他方法076
2.6.1偏析生长石墨烯077
2.6.2自下而上合成石墨烯079
2.6.3切开碳纳米管制备石墨烯080
2.6.4TEM电子束石墨化081
2.7石墨烯的转移082
2.7.1将机械剥离的石墨烯转移至任意基底上083
2.7.2剥离SiC表面外延生长的石墨烯085
2.7.3将金属上以CVD法生长的石墨烯转移至任意基底上087
2.7.4任意基底上生长的石墨烯的通用转移法095
2.7.5小结096
参考文献097
第3章石墨烯化学105
3.1引言106
3.2石墨烯功能化107
3.2.1石墨烯平面的共价功能化108
3.2.2石墨烯边缘的共价功能化117
3.2.3非共价功能化石墨烯120
3.3石墨烯掺杂122
3.3.1表面转移掺杂123
3.3.2取代掺杂124
3.4石墨烯光化学129
3.4.1基于自由基的光化学反应130
3.4.2光还原反应132
3.5石墨烯催化化学134
3.5.1氧化石墨烯催化134
3.5.2还原氧化石墨烯催化136
3.5.3杂化石墨烯催化137
3.5.4功能化石墨烯催化138
3.6石墨烯超分子化学139
3.6.1液晶行为139
3.6.2自组装142
3.6.3三维自组装144
3.7总结与展望152
参考文献153
第4章石墨烯的电学性质167
4.1石墨烯的基本电学性质168
4.2对石墨烯电学性能的调控170
4.2.1通过物理的方法170
4.2.2通过化学的方法173
4.2.3通过构建异质结的方法183
4.3石墨烯在电学方面的应用185
4.3.1石墨烯场效应晶体管185
4.3.2石墨烯高频器件189
4.3.3石墨烯逻辑电路192
4.3.4石墨烯传感器195
4.3.5石墨烯存储器件198
4.3.6石墨烯电极202
4.3.7光电探测器204
4.3.8石墨烯量子点器件205
参考文献206
第5章石墨烯的光学性质及光电子应用211
5.1石墨烯的光学性质212
5.1.1石墨烯的线性光学性质212
5.1.2石墨烯的非线性光学性质213
5.2石墨烯在激光器中的应用215
5.2.1基于石墨烯的锁模光纤激光器应用217
5.2.2基于石墨烯的调Q光纤激光器应用220
5.2.3石墨烯在固体激光器上的应用221
5.3基于石墨烯的光调制器223
5.3.1基于直波导结构的石墨烯电光调制器223
5.3.2基于微环及马赫-曾德尔结构的石墨烯电光调制器226
5.3.3基于平面结构的石墨烯电光调制器229
5.4基于石墨烯的光偏振器232
5.5基于石墨烯的光探测器234
5.5.1基于石墨烯的超快、宽波段光探测器234
5.5.2等离子体增强的石墨烯光探测器235
5.5.3共振腔增强的石墨烯光探测器238
5.5.4波导型石墨烯光探测器239
5.5.5叠层范德华异质结型光探测器241
5.6石墨烯的表面等离子体242
5.6.1石墨烯表面等离子体的激发机制243
5.6.2石墨烯表面等离子体的观测方法245
5.6.3石墨烯表面等离子体的应用250
5.7总结与展望254
参考文献255
第6章石墨烯的磁学性质263
6.1引言264
6.2磁性基本知识266
6.2.1微观物质（原子）的磁性266
6.2.2宏观物质的磁性266
6.3缺陷对石墨烯磁性的影响268
6.3.1点缺陷268
6.3.2晶界和边界（线缺陷）273
6.3.3石墨烯纳米带的磁性277
6.4掺杂对石墨烯磁性的影响277
6.4.1非磁性元素掺杂277
6.4.2磁性元素掺杂280
6.5原子和分子／团簇吸附对石墨烯磁性的影响280
6.5.1原子吸附280
6.5.2分子吸附282
6.6石墨烯的超导电性284
6.7总结与展望287
参考文献287
第7章石墨烯基复合材料299
7.1引言300
7.2石墨烯基电学复合材料302
7.2.1石墨烯基储能复合材料302
7.2.2石墨烯基电催化复合材料306
7.3石墨烯基光学复合材料309
7.3.1石墨烯量子点复合材料在光学领域中的应用309
7.3.2石墨烯基光催化复合材料313
7.3.3石墨烯基透明导电薄膜复合材料316
7.4石墨烯基生物复合材料319
7.4.1石墨烯基生物复合支撑材料319
7.4.2石墨烯基生物功能材料321
7.4.3石墨烯基生物传感材料322
7.5石墨烯基力学与热学复合材料324
7.6石墨烯基复合材料在其他领域中的应用327
7.7总结与展望329
参考文献329
第8章石墨烯能源材料与器件339
8.1引言340
8.2超级电容器341
8.2.1超级电容器储能机理342
8.2.2石墨烯材料在超级电容器中的应用344
8.3二次电池349
8.3.1锂离子电池350
8.3.2石墨烯材料在锂离子电池中的应用351
8.3.3石墨烯材料在锂硫电池中的应用353
8.3.4石墨烯材料在钠离子电池中的应用354
8.3.5石墨烯材料在金属-空气电池中的应用355
8.4燃料电池356
8.5太阳能电池358
8.5.1石墨烯材料在染料敏化太阳能电池中的应用358
8.5.2石墨烯材料在量子点太阳能电池中的应用360
8.5.3石墨烯在有机光伏电池中的应用360
8.6储氢362
8.7总结与展望366
参考文献367
第9章石墨烯的工业应用前景与展望375
9.1引言376
9.2功能材料381
9.2.1结构增强复合材料381
9.2.2防腐涂层材料385
9.2.3新型导热材料387
9.2.4电磁防护材料391
9.2.5储氢材料393
9.3能源存储与转换395
9.3.1超级电容器396
9.3.2锂电池398
9.3.3太阳能电池400
9.3.4燃料电池403
9.4环境监测与治理405
9.4.1气体检测405
9.4.2污水处理409
9.4.3海水淡化411
9.4.4土壤治理413
9.5总结与展望414
参考文献414
索引426

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