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第1章 石墨烯的历史1

第2章 石墨烯的结构及特性13

2.1 石墨烯的结构14

2.1.1 碳14

2.1.2 石墨15

2.1.3 石墨烯16

2.1.4 石墨烷18

2.1.5 石墨酮19

2.2 石墨烯结构的无序性20

2.2.1 褶皱结构20

2.2.2 拓扑缺陷20

2.2.3 吸附原子21

2.2.4 裂纹或断裂21

2.3 石墨烯的特性22

2.3.1 力学性能22

2.3.2 热学性能23

2.3.3 光学特性23

2.3.4 化学稳定性及反应性25

2.3.5 广受关注的电学特性27

2.3.6 半导体特性28

2.4 小结28

第3章 纳米石墨烯与碳量子点31

3.1 纳米石墨烯32

3.1.1 纳米石墨烯的结构33

3.1.2 纳米石墨烯的特性34

3.1.3 纳米石墨烯的制备35

3.1.4 纳米石墨烯的应用36

3.2 石墨烯量子点或碳量子点36

3.2.1 碳量子点的结构38

3.2.2 碳量子点的特性38

3.2.3 碳量子点的制备42

3.2.4 碳量子点的应用50

3.3 小结55

第4章 石墨烯的鉴定和表征57

4.1 导言58

4.2 显微镜法59

4.2.1 石墨烯扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜和透射电子显微镜表征59

4.2.2 石墨烯原子力显微镜表征61

4.3 光谱法64

4.3.1 石墨烯的拉曼光谱分析64

4.3.2 石墨烯的红外光谱分析67

4.3.3 石墨烯的紫外-可见光谱分析68

4.3.4 石墨烯的X射线衍射分析69

4.3.5 石墨烯的X射线光电子能谱分析71

4.3.6 石墨烯的核磁共振分析72

4.3.7 石墨烯的动态光散射73

4.3.8 石墨烯的双偏振干涉测量分析73

4.4 光学特性分析73

4.4.1 光学吸收及非线性克尔效应73

4.4.2 光致发光／蓝光-光致发光75

4.4.3 光学能隙77

4.5 力学性能的测试78

4.5.1 杨氏模量78

4.5.2 泊松比80

4.5.3 膨胀试验80

4.5.4 拉力试验／张力试验81

4.5.5 石墨烯膜的气体泄漏率81

4.6 热特性及热反应分析82

4.6.1 热导率82

4.6.2 热重分析及热稳定性84

4.7 电学特性的表征84

4.7.1 电子学84

4.7.2 电子传递85

4.7.3 电化学氧化还原85

4.8 功函数85

4.9 量子反常霍尔效应86

4.10 自旋输运87

4.11 小结87

第5章 改变石墨烯的特性89

5.1 导言90

5.2 改造磁性90

5.3 提高石墨烯的力学性能91

5.3.1 聚合物内分散均匀的石墨烯91

5.3.2 化学交联92

5.3.3 氢化93

5.4 设计场发射特性94

5.5 设计石墨烯的带隙或能隙95

5.6 设计石墨烯的电学特性96

5.6.1 设计石墨烯的电学特性使其应用于晶体管97

5.6.2 设计石墨烯的电学特性使其应用于太阳能电池99

5.6.3 设计石墨烯的电学特性使其应用于图案化石墨烯101

5.6.4 设计石墨烯的电化学特性使其应用于超级电容器101

5.6.5 设计石墨烯的压电特性102

5.6.6 设计石墨烯的电学特性使其应用于燃料电池103

5.7 设计石墨烯的结构特性104

5.7.1 设计石墨烯的复合结构104

5.7.2 设计石墨烯的超结构106

5.7.3 设计石墨烯的异质结构108

5.7.4 石墨烯的缺陷110

5.8 小结111

第6章 石墨烯的应用113

6.1 应用前景114

6.1.1 高比强度相关领域的应用114

6.1.2 高比表面积相关领域的应用114

6.1.3 电能储存115

6.1.4 热管理116

6.1.5 高弹性相关领域的应用116

6.1.6 电子和光电设备117

6.1.7 轻质电导体117

6.1.8 透明柔性导电抗氧化膜117

6.1.9 石墨烯薄膜抗渗透性的相关应用120

6.1.10 聚合物复合材料的增强120

6.1.11 传感器121

6.1.12 电力发电124

6.1.13 柔性衬底125

6.1.14 新材料模板125

6.1.15 基于石墨烯化学特性研发的生物装置125

6.1.16 医疗领域126

6.1.17 纺织和织物领域127

6.2 小结128

第7章 量产趋势：由实验室走向工业化（扩大规模）129

7.1 石墨的剥离：自上而下的方式130

7.1.1 微机械剥离或多次剥离石墨130

7.1.2 液相化学剥离石墨131

7.1.3 液相水剥离氧化石墨131

7.1.4 热液相剥离氧化石墨132

7.2 纵向解开碳纳米管132

7.2.1 选择性刻蚀或等离子刻蚀133

7.2.2 氧化法134

7.2.3 碱金属原子插入法135

7.2.4 碳纳米管的催化解开136

7.2.5 水热法138

7.2.6 超声化学法打开多层碳纳米管138

7.3 化学气相沉积法139

7.4 石墨烯在碳化硅上的外延生长141

7.5 氧化石墨烯的还原142

7.5.1 热还原氧化石墨烯143

7.5.2 水热还原氧化石墨烯143

7.5.3 溶剂热还原氧化石墨烯144

7.5.4 化学还原氧化石墨烯144

7.5.5 电化学还原氧化石墨烯145

7.5.6 氢等离子体还原氧化石墨烯146

7.5.7 氙闪光管还原氧化石墨烯147

7.5.8 膨胀还原剂还原氧化石墨烯148

7.5.9 光催化还原氧化石墨烯148

7.5.10 多步还原149

7.6 弧放电法149

7.7 溶剂热法150

7.8 石墨烯的无基底气相合成150

7.9 其他生长法151

7.10 小结151

第8章 石墨烯片直接转移或卷对卷式转移至理想的基底153

8.1 导言154

8.2 使用刻蚀法和挖取法直接转移石墨烯155

8.3 在刻蚀和挖取过程中使用石墨烯保护介质直接转移石墨烯155

8.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯156

8.3.2 聚碳酸酯157

8.3.3 聚二甲基硅氧烷157

8.3.4 直接转移至柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯158

8.4 卷对卷合成及转移石墨烯159

8.4.1 使用导热胶带进行卷对卷连续转移160

8.4.2 通过热压法，卷对卷式转移至覆盖有透明聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物161

8.4.3 使用光固化环氧树脂卷对卷转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜161

8.5 卷对卷转移石墨烯片的装置162

8.5.1 成均馆大学研究与商业基金会研发的卷对卷石墨烯合成及转移的专利装置162

8.5.2 四辊式卷对卷系统163

8.5.3 山田法165

8.6 转移过程中最大限度减少缺陷或裂纹165

8.6.1 选择合适的目标基底166

8.6.2 避免使用刻蚀剂166

8.7 小结167

9 石墨烯在工业和商业用途中面临的挑战及其经济效益169

9.1 导言170

9.2 石墨烯工业171

9.2.1 生产及应用石墨烯的公司174

9.2.2 支持石墨烯相关活动的公司179

9.2.3 终端用户市场及目标客户183

9.3 石墨烯的商业化189

9.3.1 制造理想的带隙189

9.3.2 高生产成本190

9.4 石墨烯及其相关产业经济190

9.5 石墨烯及其前景192

9.5.1 柔性电子屏幕193

9.5.2 具备超高机械强度的石墨烯复合材料193

9.5.3 石墨烯替代SD闪存卡193

9.5.4 新一代扬声器193

9.5.5 更快的计算机芯片和宽带194

9.5.6 超强防弹衣194

9.5.7 石墨烯无人机195

9.6 石墨烯的未来设想195

9.7 小结196

参考文献197