石墨烯是近年来学术界公认的最热门的研究领域之一，对石墨烯的研究带动了新工艺、新方法和新技术等领域的全面发展，并对科学技术和社会发展产生了革命性的影响。本书以南开大学纳米科学与技术中心石墨烯研究团队多年的科研成果为基础，汇集了国内外石墨烯领域的最新进展，以专业的视角和通俗易懂的语言，全面系统地对石墨烯研究的重要成果进行了归纳和总结。内容主要包括:石墨烯的发现、结构、性质及表征方法;石墨烯的制备方法;石墨烯在微电子、光电材料、新能源器件、多功能复合材料、生物医用材料及催化、传感等领域的研究和应用等。
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《纳米科学与技术》丛书序
前言
第1章 碳纳米材料简介 1
1.1 碳元素 1
1.2 碳纳米材料 2
1.2.1 富勒烯 2
1.2.2 碳纳米管 3
1.2.3 石墨稀 4
参考文献 6
第2章 石墨烯的发现、基本结构和性质 7
2.1 石墨烯的发现和历史 7
2.2 石墨烯的基本结构和性质 8
2.2.1 石墨烯的电子性质和能带结构 9
2.2.2 电荷传输性质 10
2.2.3 石墨烯的光学性质 10
2.2.4 石墨烯的热导性质 10
2.2.5 石墨烯的力学性质 11
2.2.6 石墨烯的透气性 11
2.2.7 石墨烯的重要化学性质 11
2.3 石墨烯的合成制备方法 12
2.3.1 机械剥离法 12
2.3.2 外延生长法 13
2.3.3 化学气相沉积法 13
2.3.4 化学剥离法 13
2.3.5 化学合成法 14
2.4 石墨烯的检测和分析方法 14
2.4.1 光学显微镜 15
2.4.2 拉曼光谱 16
2.4.3 原子力显微镜和透射电子显微镜 16
2.4.4 X射线衍射 16
2.5 石墨烯的重要应用前景 17
2.5.1 电子器件 17
2.5.2 透明（柔性）电极 18
2.5.3 超级电容器和锂电池材料 18
2.5.4 加强型复合材料 19
参考文献 19
第3章 石墨烯的制备方法 21
3.1 机械剥离法 21
3.1.1 微机械剥离法 21
3.1.2 转移印刷法 23
3.1.3 液相超声剥离法 24
3.1.4 其他机械剥离法 25
3.2 SiC外延生长法 26
3.3 化学气相沉积法 28
3.3.1 热CVD技术 31
3.3.2 等离子体增强CVD（PECVD）技术及无金属催化剂合成方法 36
3.3.3 偏析生长方法 38
3.4 化学氧化还原法 40
3.4.1 制备氧化石墨（烯） 40
3.4.2 还原氧化石墨（烯） 42
3.5 电弧放电法 43
3.6“自下而上，，有机合成法 45
3.7 石墨嫌合成的其他方法 48
3.7.1 电化学法 48
3.7.2 模板法 48
3.7.3 CO还原法 49
3.8 石墨烯纳米带的合成方法 49
3.8.1 剪切石墨錄制备石墨烯纳米带 51
3.8.2 切割碳纳米管制备石墨烯纳米带 53
3.8.3 有机合成法 55
3.8.4 其他合成方法 56
3.8.5 碳纳米管内合成石墨烯纳米带 59
参考文献 60
第4章 石墨烯在微电子方面的研究及应用 69
4.1 石墨烯电子结构与特性 70
4.1.1 石墨烯电子结构 70
4.1.2 石墨烯电学特性 72
4.1.3 石墨烯带隙调控 74
4.2 石墨烯晶体管 80
4.2.1 场效应管原理及进展 80
4.2.2 石墨烯与场效应管有关的一些特性 82
4.2.3 石墨烯场效应管结构 86
4.2.4 石墨烯场效应管的发展与现状 86
4.2.5 石墨烯场效应管展望 98
4.3 石墨烯集成电路和存储器件 99
4.3.1 石墨烯集成电路 100
4.3.2 石墨稀存储器 103
参考文献 104
第5章 石墨烯在透明电极方面的研究及应用 109
5.1 引言 109
5.2 石墨婦透明电极的制备 110
5.2.1 基于氧化石墨稀还原的透明电极 110
5.2.2 基于石墨烯杂化材料的透明电极 116
5.2.3 基于化学气相沉积法的石墨烯透明电极 118
5.3 石墨稀透明电极的应用 122
5.3.1 石墨烯透明电极在有机太阳能电池中的应用 122
5.3.2 石墨烯透明电极有机发光二极管中的应用 131
5.3.3 石墨烯透明电极在其他器件中的应用 135
5.4 结论与展望 139
参考文献 139
第6章 石墨烯在有机光电器件方面的研究及应用 143
6.1 引言 143
6.2 石墨烯作为界面层材料在有机光电器件中的应用 143
6.3 石墨烯作为活性材料在有机光电器件中的应用 156
6.4 石墨烯作为背电极在光敏电池中的应用 165
6.5 石墨烯在其他光电器件中的应用 169
参考文献 174
第7章 石墨烯在超级电容器方面的研究及应用 179
7.1 超级电容器的组成和结构 180
7.2 超级电容器的发展 181
7.2.1 双电层超级电容器 182
7.2.2 赝电容超级电容器 182
7.2.3 非对称超级电容器 183
7.3 基于石墨烯的超级电容器 183
7.3.1 石墨烯电极材料的制备 183
7.3.2 基于石墨烯的双电层超级电容器 184
7.3.3 基于石墨烯的赝电容超级电容器 204
7.3.4 基于石墨烯的非对称超级电容器 219
7.3.5 基于石墨烯的超级电容器展望 220
参考文献 221
第8章 石墨烯在多功能复合材料方面的研究及应用 230
8.1 石墨烯的功能化研究 231
8.1.1 石墨烯的共价键功能化 231
8.1.2 石墨烯的非共价键功能化 235
8.2 石墨嫌/聚合物纳米复合材料 238
8.2.1 石墨烯/聚合物复合材料的制备方法 239
8.2.2 石墨烯/聚合物复合材料的机械性能 242
8.2.3 石墨烯/聚合物复合材料的电学性能 246
8.2.4 石墨烯/聚合物复合材料的光学性质 250
8.2.5 石墨烯/聚合物复合材料的热性能 255
8.3 石墨嫌/无机纳米复合材料 257
8.3.1 基于石墨烯的碳/碳纳米复合材料 257
8.3.2 石墨烯与金属及其化合物复合材料 263
参考文献 265
第9章 石墨烯在生物医学方面的研究及应用 270
9.1 石墨稀在生物医药方面的应用 270
9.1.1 石墨烯的化学修饰 271
9.1.2 石墨烯在药物和基因输送中的应用 276
9.1.3 石墨烯在生物医药方面的其他应用 280
9.1.4 石墨烯的毒性 284
9.1.5 结论与展望 286
9.2 石墨烯在生物传感器方面的应用 287
9.2.1 生物活性物质在石墨烯表面的直接电子转移 289
9.2.2 石墨烯在生物小分子检测中的应用 293
9.2.3 基于石墨烯的免疫传感器 304
9.2.4 石墨烯在基因检测中的应用 314
9.2.5 结论与展望 323
参考文献 323
第10章 石墨烯在其他方面的研究和应用 331
10.1 化学传感器 331
10.2 在催化反应中的应用 334
10.2.1 石墨烯/氧化石墨作为催化剂载体 334
10.2.2 石墨烯/氧化石墨稀作为催化剂 339
10.3 气体储存材料 345
10.4 石墨烯筛子 347
参考文献 350
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