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全書(shū)共八章, 依次介紹了石墨烯薄膜的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、改性、圖案化技術(shù)及其應(yīng)用。本書(shū)在內(nèi)容上闡明了基本概念、原理, 并介紹了較新的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與成果。具體包括化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯薄膜, 石墨烯薄膜基底刻蝕轉(zhuǎn)移法、直接剝離轉(zhuǎn)移法, 石墨烯的功函數(shù)、導(dǎo)電性能及能帶的調(diào)控方法, 石墨烯的自上而下間接圖案化制備方法與自下而上直接圖案化制備方法, 以及石墨烯薄膜在有機(jī)發(fā)光二極管領(lǐng)域、太陽(yáng)能電池領(lǐng)域、柔性觸控和電子紙中的應(yīng)用等。本書(shū)適用于從事石墨烯薄膜材料制備、性能調(diào)控、應(yīng)用研究, 特別是柔性光電器件領(lǐng)域研究工作的工程技術(shù)人員, 以及科研院所和大中專高校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和科研人員。

石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個(gè)傳奇，也是當(dāng)今橫跨學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的超級(jí)明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當(dāng)然，石墨烯是當(dāng)之無(wú)愧的。作為由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無(wú)與倫比的特性。理論上講，它是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的材料，也是理想的輕質(zhì)高強(qiáng)材料。正因如此，一經(jīng)問(wèn)世便吸引了全球范圍的關(guān)注。石墨烯有可能創(chuàng)造一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)將成為未來(lái)全球高科技產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的高地，這一點(diǎn)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。從2004年至今，已經(jīng)有了近十六年的歷史沉淀。無(wú)論是石墨烯的基礎(chǔ)研究，還是石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對(duì)石墨烯材料有一個(gè)全方位套叢書(shū)出的、科學(xué)的、理性的認(rèn)識(shí)。總結(jié)歷史，是為了更好地走向未來(lái)。對(duì)于新興的石墨烯產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，戰(zhàn)略前沿新材料石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出版了數(shù)十部石墨烯相關(guān)書(shū)籍，其中不乏經(jīng)典性著作。本叢書(shū)的定位有所不同，希望能夠全面總結(jié)石墨烯相關(guān)的知識(shí)積累，反映石墨烯領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外前沿研究進(jìn)展，展示石墨烯新材料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展前景，尤其希望能夠充分體現(xiàn)國(guó)人對(duì)石墨烯領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。本叢書(shū)共包括22分冊(cè)，執(zhí)筆作者20余位，都是石墨烯領(lǐng)域的重量級(jí)學(xué)者、專家，因此可以從源頭上保障叢書(shū)的專業(yè)性和科學(xué)性。叢書(shū)分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質(zhì)和表征技術(shù)，到石墨烯材料的制備方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以及石墨烯產(chǎn)品的計(jì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等全方位的知識(shí)總結(jié)。同時(shí)，兩份產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告詳細(xì)闡述了世界各國(guó)的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。除此之外，叢書(shū)還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問(wèn)必答：石墨烯的魅力》，針對(duì)廣泛征集到的石墨烯相關(guān)問(wèn)題答疑解惑，去偽求真。本叢書(shū)的內(nèi)容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個(gè)分冊(cè)也相對(duì)獨(dú)立，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、知識(shí)性、專業(yè)性和即時(shí)性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書(shū)的出版對(duì)中國(guó)的石墨烯研究和中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有所助益。1. 戰(zhàn)略前沿新材料石墨烯出版工程十三五國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目/國(guó)家出版基金叢書(shū)由石墨烯的基本性質(zhì)與表征技術(shù)、石墨烯的制備技術(shù)和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、石墨烯的分類應(yīng)用、石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀報(bào)告、石墨烯科普知識(shí)等五大部分共22分冊(cè)構(gòu)成，本書(shū)為11分冊(cè)。2. 叢書(shū)由我國(guó)石墨烯研究領(lǐng)域的主要開(kāi)拓者及我國(guó)石墨烯發(fā)展的重要推動(dòng)者、北京大學(xué)教授、北京石墨烯研究院創(chuàng)院院長(zhǎng)劉忠范院士親自策劃并擔(dān)任總主編。3.全書(shū)采用80克雅質(zhì)紙，彩色印刷，清晰直觀地展現(xiàn)了石墨烯的結(jié)構(gòu)、模擬及表征結(jié)果。

柔性光電薄膜(如透明導(dǎo)電薄膜等) 材料是新型顯示、高效光伏器件等領(lǐng)域的核心材料, 推動(dòng)著信息社會(huì)的迅速發(fā)展。石墨烯的高載流子遷移率、寬波段光學(xué)響應(yīng)、優(yōu)異機(jī)械柔性等特性使之成為柔性光電薄膜的重要候選材料。此外, 相對(duì)于其他新興柔性光電薄膜材料, 石墨烯還具備水氧阻隔、功函數(shù)易調(diào)控、摻雜方便等特性, 有利于實(shí)現(xiàn)高性能光電器件。目前, 石墨烯已在光電探測(cè)、有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode, OLED)、太陽(yáng)能電池、柔性觸控、柔性電子紙等器件的研究方面得到了廣泛關(guān)注, 有望推動(dòng)人機(jī)交互、智能穿戴、綠色能源等應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展。盡管目前已有石墨烯薄膜和柔性光電器件的相關(guān)綜述文章及部分書(shū)籍章節(jié), 但尚無(wú)專著全面系統(tǒng)地介紹該主題。鑒于此, 我們承蒙劉忠范院士的邀請(qǐng),編寫(xiě)了本書(shū)。為了滿足讀者對(duì)該領(lǐng)域較新進(jìn)展的系統(tǒng)了解, 我們召集了從事相關(guān)研究的科研人員, 共同凝練和總結(jié)了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀, 形成了本書(shū)的主要內(nèi)容。全書(shū)分為八章, 依次介紹了石墨烯薄膜的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、改性、圖案化技術(shù)及其應(yīng)用。全書(shū)在內(nèi)容上闡明了基本概念、原理, 并介紹了較新的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與成果。1章緒論由羅偉撰寫(xiě), 第2章石墨烯薄膜制備技術(shù)由李占成和張永娜撰寫(xiě), 第3 章石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)由朱鵬撰寫(xiě), 第4章石墨烯薄膜性能調(diào)控方法由黃德萍和段銀武撰寫(xiě), 第5章石墨烯薄膜圖案化工藝由聶長(zhǎng)斌和農(nóng)金鵬撰寫(xiě), 第6章石墨烯薄膜在 OLED 領(lǐng)域的應(yīng)用由冷重錢(qián)撰寫(xiě), 第7章石墨烯薄膜在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用由姬乙雄撰寫(xiě), 第8章石墨烯薄膜在柔性電子紙和觸控器件中的應(yīng)用由姜浩、馬金鑫和徐鑫撰寫(xiě)。全書(shū)由史浩飛負(fù)責(zé)統(tǒng)稿、審稿, 李占成負(fù)責(zé)全書(shū)的整理、校對(duì)工作。此外, 劉前林、周熙、楊嬋、蔣昊也參與了全書(shū)的校對(duì)。由于編著者的專業(yè)水平有限, 加之該領(lǐng)域發(fā)展迅速、學(xué)科交叉性強(qiáng)，書(shū)中難免存在不足和謬誤之處, 懇請(qǐng)各位專家和讀者多多批評(píng)指正。我們希望此書(shū)在激發(fā)石墨烯研究興趣方面能夠做出一點(diǎn)微薄的貢獻(xiàn), 愿更多的學(xué)者和技術(shù)人員投身其中, 共同推動(dòng)該領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

第 1 章緒論 001
1.1 石墨烯光電性質(zhì)概述 003
1.2 石墨烯與柔性透明導(dǎo)電薄膜 004
1.3 石墨烯柔性光電器件 011
1.4 石墨烯應(yīng)用的技術(shù)需求 014
1.5 本書(shū)章節(jié)安排 016
第 2 章石墨烯薄膜制備技術(shù) 017
2.1 引言 019
2.1.1 石墨烯制備方法概述 019
2.1.2 CVD 法制備石墨烯薄膜 023
2.2 CVD 法制備石墨烯成核熱力學(xué)過(guò)程 027
2.2.1 碳源裂解熱力學(xué)過(guò)程 027
2.2.2 石墨烯成核熱力學(xué)過(guò)程 027
2.3 CVD 法制備石墨烯生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué) 031
2.3.1 基底對(duì)石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程的影響 031
2.3.2 載氣對(duì)石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程的影響 038
2.3.3 溫度對(duì)石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程的影響 040
2.4 石墨烯層數(shù)控制 042
2.4.1 單層石墨烯制備 042
2.4.2 雙層石墨烯制備 045
2.5 單晶石墨烯制備 050
2.5.1 單核石墨烯生長(zhǎng)方法 051
2.5.2 多核石墨烯生長(zhǎng)方法 059
2.6 低溫制備石墨烯 066
2.6.1 低分解溫度的碳源制備石墨烯 066
2.6.2 能量輔助低溫制備石墨烯 072
2.7 非催化基底生長(zhǎng)石墨烯 073
2.7.1 絕緣基底金屬輔助層生長(zhǎng)石墨烯 074
2.7.2 絕緣基底上直接生長(zhǎng)石墨烯 075
2.8 本章小結(jié) 077
第 3 章石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù) 079
3.1 引言 081
3.2 石墨烯薄膜基底刻蝕轉(zhuǎn)移法 081
3.2.1 聚合物過(guò)渡轉(zhuǎn)移法 081
3.2.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)聚合物轉(zhuǎn)移法 100
3.2.3 非聚合物過(guò)渡轉(zhuǎn)移法 101
3.2.4 熱釋放膠帶法 105
3.2.5 一步式直接刻蝕轉(zhuǎn)移法 106
3.3 石墨烯薄膜直接剝離轉(zhuǎn)移法 111
3.3.1 電化學(xué)鼓泡剝離法 111
3.3.2 石墨烯干法直接剝離工藝 119
3.3.3 SiC 外延法石墨烯的轉(zhuǎn)移 123
3.4 石墨烯薄膜的自動(dòng)化轉(zhuǎn)移裝置 126
3.4.1 片式石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移裝置 126
3.4.2 卷式石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移裝置 126
3.5 本章小結(jié) 133
第 4 章石墨烯薄膜性能調(diào)控方法 135
4.1 引言 137
4.2 石墨烯功函數(shù)調(diào)控 138
4.2.1 化學(xué)改性功函數(shù)調(diào)控 139
4.2.2 其他功函數(shù)調(diào)控方法 149
4.3 石墨烯導(dǎo)電性能調(diào)控 151
4.3.1 化學(xué)改性導(dǎo)電性能調(diào)控 152
4.3.2 石墨烯與金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合 159
4.3.3 石墨烯與導(dǎo)電高分子復(fù)合 160
4.4 石墨烯能帶調(diào)控 161
4.4.1 量子限域效應(yīng) 162
4.4.2 化學(xué)改性能帶調(diào)控 165
4.4.3 其他能帶調(diào)控方法 171
4.5 石墨烯其他性能調(diào)控 173
4.5.1 表面黏附性能 173
4.5.2 親疏水性能 174
4.5.3 透過(guò)率 175
4.6 本章小結(jié) 177
第 5 章石墨烯薄膜圖案化工藝 179
5.1 掩模刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)石墨烯圖案化 181
5.1.1 光學(xué)曝光技術(shù) 181
5.1.2 電子束曝光技術(shù) 185
5.1.3 納米壓印技術(shù) 190
5.1.4 新型掩模技術(shù) 192
5.2 直接切割法制備石墨烯圖案 200
5.2.1 聚焦離子束刻蝕技術(shù) 200
5.2.2 激光切割加工技術(shù) 203
5.2.3 化學(xué)催化法切割技術(shù) 205
5.3 石墨烯的自下而上直接圖案化制備 207
5.3.1 基于圖案化基底原位外延石墨烯薄膜 208
5.3.2 基于種子誘導(dǎo)法的石墨烯圖案化 211
5.3.3 基于圖案化碳源的石墨烯制備 212
5.3.4 激光誘導(dǎo)石墨烯圖案化技術(shù) 215
5.4 本章小結(jié) 217
第 6 章石墨烯薄膜在 OLED 領(lǐng)域的應(yīng)用 219
6.1 引言 221
6.2 OLED 的工作原理、結(jié)構(gòu)和性能參數(shù) 221
6.2.1 OLED 的工作原理 221
6.2.2 OLED 的結(jié)構(gòu) 222
6.2.3 OLED 的性能參數(shù) 223
6.3 石墨烯作為 OLED 陽(yáng)極 225
6.3.1 石墨烯陽(yáng)極的電學(xué)性能調(diào)控 225
6.3.2 石墨烯陽(yáng)極的光提取方法 242
6.4 石墨烯作為 OLED 陰極 246
6.4.1 石墨烯作為底陰極 246
6.4.2 石墨烯作為頂陰極 248
6.5 石墨烯薄膜用于 OLED 封裝 250
6.5.1 石墨烯薄膜的阻隔性能 250
6.5.2 傳統(tǒng) OLED 的封裝方法 252
6.5.3 復(fù)合封裝結(jié)構(gòu) 253
6.5.4 層壓封裝技術(shù) 255
6.6 本章小結(jié) 258
第 7 章石墨烯薄膜在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應(yīng)用 259
7.1 石墨烯硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池 261
7.1.1 石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 262
7.1.2 石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的優(yōu)化 263
7.2 石墨烯薄膜透明電極在有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 273
7.2.1 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 273
7.2.2 石墨烯薄膜透明電極的優(yōu)化 275
7.2.3 基于石墨烯透明電極的柔性有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池 280
7.3 石墨烯薄膜透明電極在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用 284
7.3.1 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的快速發(fā)展 284
7.3.2 石墨烯薄膜在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的研究 285
7.4 本章小結(jié) 289
第 8 章石墨烯薄膜在柔性電子紙和觸控器件中的應(yīng)用 291
8.1 引言 293
8.2 石墨烯柔性電子紙 293
8.2.1 電子紙概念、顯示原理及分類 293
8.2.2 石墨烯柔性電子紙器件結(jié)構(gòu) 297
8.2.3 柔性電子紙中石墨烯透明電極的力學(xué)性能 297
8.2.4 石墨烯柔性電子紙的制備 312
8.3 石墨烯柔性觸控器件 314
8.3.1 石墨烯觸控器件的分類及功能原理 314
8.3.2 石墨烯薄膜批量圖案化工藝 319
8.3.3 石墨烯柔性觸控器件性能 321
8.4 本章小結(jié) 325
參考文獻(xiàn) 326
索引 348

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