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石墨烯是近年来学术界公认的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。《石墨烯-新型二维碳纳米材料》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*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。

《纳米科学与技术》丛书序

前言

第1章碳纳米材料简介

1?1碳元素

1?2碳纳米材料

1?2?1富勒烯

1?2?2碳纳米管

1?2?3石墨烯

参考文献

第2章石墨烯的发现、基本结构和性质

2?1石墨烯的发现和历史

2?2石墨烯的基本结构和性质

2?2?1石墨烯的电子性质和能带结构

2?2?2电荷传输性质

2?2?3石墨烯的光学性质

2?2?4石墨烯的热导性质

2?2?5石墨烯的力学性质

2?2?6石墨烯的透气性

2?2?7石墨烯的重要化学性质

2?3石墨烯的合成制备方法

2?3?1机械剥离法

2?3?2外延生长法

2?3?3化学气相沉积法

2?3?4化学剥离法

2?3?5化学合成法

2?4石墨烯的检测和分析方法

2?4?1光学显微镜

2?4?2拉曼光谱

2?4?3原子力显微镜和透射电子显微镜

2?4?4X射线衍射

2?5石墨烯的重要应用前景

2?5?1电子器件

2?5?2透明（柔性）电极

2?5?3超级电容器和锂电池材料

2?5?4加强型复合材料

参考文献

第3章石墨烯的制备方法

3?1机械剥离法

·vi·3?1?1微机械剥离法

3?1?2转移印刷法

3?1?3液相超声剥离法

3?1?4其他机械剥离法

3?2SiC外延生长法

3?3化学气相沉积法

3?3?1热CVD技术

3?3?2等离子体增强CVD（PECVD）技术及无金属催化剂合成方法

3?3?3偏析生长方法

3?4化学氧化还原法

3?4?1制备氧化石墨（烯）

3?4?2还原氧化石墨（烯）

3?5电弧放电法

3?6“自下而上”有机合成法

3?7石墨烯合成的其他方法

3?7?1电化学法

3?7?2模板法

3?7?3CO还原法

3?8石墨烯纳米带的合成方法

3?8?1剪切石墨烯制备石墨烯纳米带

3?8?2切割碳纳米管制备石墨烯纳米带

3?8?3有机合成法

3?8?4其他合成方法

3?8?5碳纳米管内合成石墨烯纳米带

参考文献

第4章石墨烯在微电子方面的研究及应用

4?1石墨烯电子结构与特性

4?1?1石墨烯电子结构

4?1?2石墨烯电学特性

4?1?3石墨烯带隙调控

4?2石墨烯晶体管

4?2?1场效应管原理及进展

4?2?2石墨烯与场效应管有关的一些特性

4?2?3石墨烯场效应管结构

·vii·4?2?4石墨烯场效应管的发展与现状

4?2?5石墨烯场效应管展望

4?3石墨烯集成电路和存储器件

4?3?1石墨烯集成电路

4?3?2石墨烯存储器

参考文献

第5章石墨烯在透明电极方面的研究及应用

5?1引言

5?2石墨烯透明电极的制备

5?2?1基于氧化石墨烯还原的透明电极

5?2?2基于石墨烯杂化材料的透明电极

5?2?3基于化学气相沉积法的石墨烯透明电极

5?3石墨烯透明电极的应用

5?3?1石墨烯透明电极在有机太阳能电池中的应用

5?3?2石墨烯透明电极有机发光二极管中的应用

5?3?3石墨烯透明电极在其他器件中的应用

5?4结论与展望

参考文献

第6章石墨烯在有机光电器件方面的研究及应用

6?1引言

6?2石墨烯作为界面层材料在有机光电器件中的应用

6?3石墨烯作为活性材料在有机光电器件中的应用

6?4石墨烯作为背电极在光敏电池中的应用

6?5石墨烯在其他光电器件中的应用

参考文献

第7章石墨烯在超级电容器方面的研究及应用

7?1超级电容器的组成和结构

7?2超级电容器的发展

7?2?1双电层超级电容器

7?2?2赝电容超级电容器

7?2?3非对称超级电容器

7?3基于石墨烯的超级电容器

7?3?1石墨烯电极材料的制备

7?3?2基于石墨烯的双电层超级电容器

7?3?3基于石墨烯的赝电容超级电容器

7?3?4基于石墨烯的非对称超级电容器

7?3?5基于石墨烯的超级电容器展望

参考文献

·viii·第8章石墨烯在多功能复合材料方面的研究及应用

8?1石墨烯的功能化研究

8?1?1石墨烯的共价键功能化

8?1?2石墨烯的非共价键功能化

8?2石墨烯/聚合物纳米复合材料

8?2?1石墨烯/聚合物复合材料的制备方法

8?2?2石墨烯/聚合物复合材料的机械性能

8?2?3石墨烯/聚合物复合材料的电学性能

8?2?4石墨烯/聚合物复合材料的光学性质

8?2?5石墨烯/聚合物复合材料的热性能

8?3石墨烯/无机纳米复合材料

8?3?1基于石墨烯的碳/碳纳米复合材料

8?3?2石墨烯与金属及其化合物复合材料

参考文献

第9章石墨烯在生物医学方面的研究及应用

9?1石墨烯在生物医药方面的应用

9?1?1石墨烯的化学修饰

9?1?2石墨烯在药物和基因输送中的应用

9?1?3石墨烯在生物医药方面的其他应用

9?1?4石墨烯的毒性

9?1?5结论与展望

9?2石墨烯在生物传感器方面的应用

9?2?1生物活性物质在石墨烯表面的直接电子转移

9?2?2石墨烯在生物小分子检测中的应用

9?2?3基于石墨烯的免疫传感器

9?2?4石墨烯在基因检测中的应用

9?2?5结论与展望

参考文献

第10章石墨烯在其他方面的研究和应用

10?1化学传感器

10?2在催化反应中的应用

10?2?1石墨烯/氧化石墨作为催化剂载体

10?2?2石墨烯/氧化石墨烯作为催化剂

10?3气体储存材料

10?4石墨烯筛子

参考文献

陈永胜 南开大学特聘教授，博士生导师。1997年获加拿大维多利亚大学博士学位。1997~1999年，先后于美国肯塔基大学和加州大学洛杉矶分校师从国际著名的纳米材料专家Robert Haddon和Fred Wudl从事博士后研究。1999~2002年，在美国Cymer 公司任高级研究员。2002~2003年，在美国加州大学圣地亚哥分校任高级研究员

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第1章碳纳米材料简介第1章碳纳米材料简介1?1碳元素碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布非常广泛的元素，也是目前重要、使人着迷的元素之一。尽管它在地壳中含量仅为0?027%，但是对一切生物体而言，它是重要且含量多的元素，人体中碳元素约占总质量的18%。以碳为主要构成元素，人们发展了有机化学，并由此发展出了塑料、橡胶和纤维三大合成材料，而这些合成材料为人类创造了一个绚丽多彩的新世界。实际上，人类早在远古时代就已经开始认识碳，除了各种天然的存在形式，如石墨、金刚石等，人类也一直在拓展这个元素家族。

碳元素是元素周期表中ⅣA族中轻的元素。它有三种自然存在的同位素：12C、13C和14C。其中12C和13C是稳定的同位素，14C是半衰期为5730年的放射性同位素，这是碳同位素年龄标记的基础。作为四价态的非金属元素，碳可以和各种金属、非金属元素以共价键形式形成各种各样的化合物。实际上，碳比任何其他元素所形成的化合物都多。

碳单质有多种同素异形体，它是迄今人类发现的一种可以从零维到三维都稳定存在的物质。其中重要的同素异形体包括零维的富勒烯（fullerenes，常见的是足球烯,即buckminsterfullerene，化学式为C60），一维的碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs），二维的石墨烯（graphene，意译即为单层石墨），三维的金刚石（diamond）和石墨（graphite）等。它们几乎拥有地球上所有物质所具有的性质：

硬物（金刚石）→软物（石墨）

绝缘体（金刚石）→半导体（石墨）→良导体（碳纳米管、石墨烯）

绝热体（石墨层间）→良导热体（金刚石、石墨烯）

全吸光（石墨）→高透光（金刚石）

碳原子除了以上述单质形式存在外，还有多种其他形式。碳原子可以以一种非结晶和无序的形式构成无定形碳（amorphous carbon），包括玻璃态碳（glassy state carbon）及活性炭（activated carbon）等；碳原子也是煤、石油、沥青、碳酸盐以及一切有机化合物主要的成分之一；碳原子还以二氧化碳的形式在地球上循环于大气层与平流层。

1?2碳纳米材料

碳纳米材料有很多种，其中重要的是零维的富勒烯、一维的碳纳米管和二维的石墨烯。这些碳纳米材料不仅能够稳定存在，而且

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本书属于国家出版基金项目“纳米科学与技术”丛书，该丛书学术水平高，作者大多为国内外知名科学家。《石墨烯-新型二维碳纳米材料》是南开大学纳米科学与技术中心石墨烯研究团队的力作，是目前内容**、*系统的图书，此外，本书语言很好，相信会让您读来备感舒畅。

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