本書依據(jù)作者研究團隊以及靠前外石墨烯材料的近期新研究進展，從基礎(chǔ)到應(yīng)用較全面地概述了石墨烯的基本概念、基本理論和原理，詳細敘述了石墨烯的制備方法、生長機理、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和石墨烯化學，重點闡述了石墨烯的電學性質(zhì)、光學性質(zhì)和磁學性質(zhì)，很后較為系統(tǒng)地介紹了石墨烯在復(fù)合材料、能源材料和工業(yè)應(yīng)用等方面的前景和存在的挑戰(zhàn)。
本書可供高等院�；瘜W、材料、物理和信息等專業(yè)高年級本科生、研究生以及研究院所科研人員參考和閱讀。
第1章石墨烯的基礎(chǔ)知識001
耿德超（中國科學院化學研究所）
1．1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)歷史 002
1．2 石墨烯的基本結(jié)構(gòu)與性能 006
1．2．1 石墨烯的基本結(jié)構(gòu) 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章石墨烯的制備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表面外延生長法 041
2．2．1 在SiC的Si終止面外延生長石墨烯 042
2．2．2 在SiC的C終止面外延生長石墨烯 043
2．3 電弧放電法 044
2．4 氧化還原法 045
2．4．1 石墨氧化物的制備 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 金屬表面化學氣相沉積 056
2．5．2 絕緣基底表面化學氣相沉積 073
2．6 其他方法 076
2．6．1 偏析生長石墨烯 077
2．6．2 自下而上合成石墨烯 079
2．6．3 切開碳納米管制備石墨烯 080
2．6．4 TEM電子束石墨化 081
2．7 石墨烯的轉(zhuǎn)移 082
2．7．1 將機械剝離的石墨烯轉(zhuǎn)移至任意基底上 083
2．7．2 剝離SiC表面外延生長的石墨烯 085
2．7．3 將金屬上以CVD法生長的石墨烯轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移法 095
2．7．5 小結(jié) 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(yè)大學材料科學與技術(shù)學院，清華大學化學系）
3．1 引言 106
3．2 石墨烯功能化 107
3．2．1 石墨烯平面的共價功能化 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 表面轉(zhuǎn)移摻雜 123
3．3．2 取代摻雜 124
3．4 石墨烯光化學 129
3．4．1 基于自由基的光化學反應(yīng) 130
3．4．2 光還原反應(yīng) 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(jié)與展望 152
參考文獻 153
第4章石墨烯的電學性質(zhì)167
魏大程，蔡智（復(fù)旦大學高分子科學系）
4．1 石墨烯的基本電學性質(zhì) 168
4．2 對石墨烯電學性能的調(diào)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(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方法 183
4．3 石墨烯在電學方面的應(yīng)用 185
4．3．1 石墨烯場效應(yīng)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(zhì)及光電子應(yīng)用211
李紹娟，沐浩然，王玉生，飛，薛運周，鮑橋梁（蘇州大學功能納米與軟物質(zhì)研究院，蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心）
5．1 石墨烯的光學性質(zhì) 212
5．1．1 石墨烯的線性光學性質(zhì) 212
5．1．2 石墨烯的非線性光學性質(zhì) 213
5．2 石墨烯在激光器中的應(yīng)用 215
5．2．1 基于石墨烯的鎖模光纖激光器應(yīng)用 217
5．2．2 基于石墨烯的調(diào)Q光纖激光器應(yīng)用 220
5．2．3 石墨烯在固體激光器上的應(yīng)用 221
5．3 基于石墨烯的光調(diào)制器 223
5．3．1 基于直波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的石墨烯電光調(diào)制器 223
5．3．2 基于微環(huán)及馬赫-曾德爾結(jié)構(gòu)的石墨烯電光調(diào)制器 226
5．3．3 基于平面結(jié)構(gòu)的石墨烯電光調(diào)制器 229
5．4 基于石墨烯的光偏振器 232
5．5 基于石墨烯的光探測器 234
5．5．1 基于石墨烯的超快、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(dǎo)型石墨烯光探測器 239
5．5．5 疊層范德華異質(zhì)結(jié)型光探測器 241
5．6 石墨烯的表面等離子體 242
5．6．1 石墨烯表面等離子體的激發(fā)機制 243
5．6．2 石墨烯表面等離子體的觀測方法 245
5．6．3 石墨烯表面等離子體的應(yīng)用 250
5．7 總結(jié)與展望 254
參考文獻 255
第6章石墨烯的磁學性質(zhì)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(zhì)（原子）的磁性 266
6．2．2 宏觀物質(zhì)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（線缺陷） 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(dǎo)電性 284
6．7 總結(jié)與展望 287
參考文獻 287
第7章石墨烯基復(fù)合材料299
苗力孝，孔德斌，智林杰（國家納米科學中心）
7．1 引言 300
7．2 石墨烯基電學復(fù)合材料 302
7．2．1 石墨烯基儲能復(fù)合材料 302
7．2．2 石墨烯基電催化復(fù)合材料 306
7．3 石墨烯基光學復(fù)合材料 309
7．3．1 石墨烯量子點復(fù)合材料在光學領(lǐng)域中的應(yīng)用 309
7．3．2 石墨烯基光催化復(fù)合材料 313
7．3．3 石墨烯基透明導(dǎo)電薄膜復(fù)合材料 316
7．4 石墨烯基生物復(fù)合材料 319
7．4．1 石墨烯基生物復(fù)合支撐材料 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(fù)合材料 324
7．6 石墨烯基復(fù)合材料在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 327
7．7 總結(jié)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(yīng)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(yīng)用 351
8．3．3 石墨烯材料在鋰硫電池中的應(yīng)用 353
8．3．4 石墨烯材料在鈉離子電池中的應(yīng)用 354
8．3．5 石墨烯材料在金屬-空氣電池中的應(yīng)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(yīng)用 358
8．5．2 石墨烯材料在量子點太陽能電池中的應(yīng)用 360
8．5．3 石墨烯在有機光伏電池中的應(yīng)用 360
8．6 儲氫 362
8．7 總結(jié)與展望 366
參考文獻 367
第9章石墨烯的工業(yè)應(yīng)用前景與展望375
趙增華，王鈺（中國科學院過程工程研究所）
9．1 引言 376
9．2 功能材料 381
9．2．1 結(jié)構(gòu)增強復(fù)合材料 381
9．2．2 防腐涂層材料 385
9．2．3 新型導(dǎo)熱材料 387
9．2．4 電磁防護材料 391
9．2．5 儲氫材料 393
9．3 能源存儲與轉(zhuǎn)換 395
9．3．1 超級電容器 396
9．3．2 鋰電池 398
9．3．3 太陽能電池 400
9．3．4 燃料電池 403
9．4 環(huán)境監(jiān)測與治理 405
9．4．1 氣體檢測 405
9．4．2 污水處理 409
9．4．3 海水淡化 411
9．4．4 土壤治理 413
9．5 總結(jié)與展望 414
參考文獻 414
索引 426
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