石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用 [The Preparation，Structure and Application of Grapheme] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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付长璟 著

图书标签:

• 石墨烯
• 石墨深加工
• 材料科学
• 纳米材料
• 制备技术
• 结构分析
• 应用研究
• 碳材料
• 新兴材料
• 电子材料

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560358673

版次：1

商品编码：12154825

包装：平装

丛书名： 石墨深加工技术与石墨烯材料系列

外文名称：The Preparation，Structure and Application of Grapheme

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

　　本书不仅可作为材料学专业高年级本科生和研究生的参考书，还可作为材料科学与工程领域中从事与石墨烯相关的研究人员和生产技术人员的参考书。

内容简介

　　《石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用》内容由6章组成，详细介绍了石墨烯的结构与性能，石墨烯的制备方法，石墨烯基杂化材料的制备和功能化，石墨烯生长机理，石墨烯的结构表征方法。重点阐述了石墨烯在电子器件、储能、光催化和医学等领域中的突出应用，并介绍了大量的研究实例和近年来的科研成果。
　　《石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用》内容全面、层次分明。
　　《石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用》不仅可作为材料学专业高年级本科生和研究生的参考书，还可作为材料科学与工程领域中从事与石墨烯相关的研究人员和生产技术人员的参考书。

目录

目录

第1章石墨烯的结构与性能

第2章石墨烯的制备方法

第3章石墨烯基杂化材料的制备和功能化

第4章石墨烯的生长机理

第5章石墨烯的结构表征方法

第6章石墨烯的应用

参考文献

索引

精彩书摘

　　《石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用》：
　　在新型的有机太阳能电池中，以石墨烯薄膜作为窗口层电极材料受到人们的广泛关注。石墨烯作为窗口层材料的应用，主要是凭借其优异的电学和光学性能替代有机太阳能电池中的ITO层，起到透明导电的作用。
　　有机太阳能电池从材料上分为高分子聚合物太阳能电池和有机小分子太阳能电池，从结构上可分为双层异质结结构、体异质结结构和分子异质结结构。下面以体异质结聚合物太阳能电池为例介绍一下太阳能电池的结构。体异质结聚合物太阳能电池包括荫种结构：正型有机太阳能电池和反型有机太阳能电池，其结构如图6.2所示。
　　正型结构器件的主要结构为：ITO／PEDOT：PSS／有机活性层／LiF／Al；有机活性层由电子给体材料和受体材料混合制得，如P3HT（3—己基噻吩聚合物）与PCBM的异质结界面复合层。以石墨烯作为透明电极层，顶层是以石墨烯替换ITO作透明电极层，第二层为PEDOT与PSS的混合层，混合层经过旋涂（亦称为甩膜）在140℃退火处理约15min后，形成约40nm厚的薄膜层。第三层为P3HT（3—己基噻吩聚合物）与PCBM的异质结界面复合层，层厚约160nm。最后为氟化锂蒸发形成的阴极。从能级图可以看出，多层状结构的有机太阳能电池更利于激子分离成载流子及载流子的后续传输。
　　……

前言/序言

　　石墨新材料本身就是新材料产业的重要组成部分，以石墨烯为代表的石墨新材料的突破性进展将给诸多产业带来重大影响。石墨烯具有良好的电学、力学及热学性能，主要体现为高稳定性、高比表面积、高电导率、良好的导热性、高强度等多种性质，将广泛应用于电化学电容器、锂离子电池、太阳能电池、超级计算机、基因测序、储氢设备、传感器等众多行业，发展前景极其广阔。
　　本书将通过系统地介绍石墨烯的结构与性能，石墨烯的制备和表征方法，石墨烯基杂化材料的制备与功能化，石墨烯的生长机理等几个方面，以及近年来在石墨烯领域的最新研究成果及其在电子器件、储能和医学等领域的应用，引领读者进入一个全新的石墨烯世界。
　　作者衷心感谢哈尔滨工业大学出版社各位编辑在本书出版过程中给予的大力支持，感谢王振廷教授在本书编写过程中给予的指导和作本书的主审。在本书编写过程中，作者参阅并引用了多部专著、教程和大量的相关文献，在此对相关专家、作者表示感谢！
　　本书是在黑龙江省教育厅规划项目——大石墨背景下无机非金属材料专业人才培养模式改革与实践（项目编号：GBC1213105）和黑龙江省高等教育教学改革项目——大工程背景下我省石墨深加工紧缺人才培养模式改革与实践（项目编号：GJ2201301060）的资助下完成的，在此对给予本书资金资助的黑龙江省教育厅表示感谢！
　　由于作者水平有限，时间仓促，书中定有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。

《石墨烯的制备、结构及应用》 本著作深入剖析了石墨烯这一革命性二维材料的方方面面。全书围绕石墨烯的制备方法、结构特性及其广泛应用展开，为读者构建起一个全面而系统的知识框架。 制备方法： 书中详细介绍了当前主流的石墨烯制备技术，力求从理论到实践，为研究者和工程师提供详实的指导。 机械剥离法： 作为最早发现和应用的制备方法，本书着重阐述了其基本原理，包括使用胶带等工具从块状石墨中逐层剥离出石墨烯。同时，也探讨了该方法在产率、规模化生产以及薄膜厚度控制方面的局限性，并分析了其在科研和小规模制备中的优势。 化学气相沉积（CVD）法： 这是目前实现高质量、大面积石墨烯生长的最主要方法。本书将深入讲解CVD法的各个关键环节，包括： 基底选择： 详细分析了铜、镍等金属基底的性质及其对石墨烯生长的影响，以及不同基底在催化作用、表面能和后续转移过程中的优劣。 前驱体气体： 介绍甲烷、乙烯等碳源气体在CVD过程中的分解机理，以及气体流量、分压对石墨烯成核和生长速率的影响。 反应气氛与温度： 探讨氢气、氩气等气氛在促进碳源分解和抑制石墨烯缺陷生成中的作用，以及反应温度对石墨烯晶粒大小、层数和质量的决定性影响。 生长动力学： 深入解析石墨烯在金属表面的成核、生长和传输过程，解释了如何通过优化工艺参数来控制石墨烯的层数、均匀性和晶界密度。 后处理： 详细阐述了CVD生长后的石墨烯转移技术，包括聚合物辅助转移、电化学转移等方法，并讨论了转移过程中可能引入的缺陷和污染问题。 氧化还原法（Hummer's方法及其改进）： 该方法是制备氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO）的经典途径，适合大规模制备。本书将详尽介绍： 氧化过程： 详细阐述了强氧化剂（如高锰酸钾、硫酸、硝酸）在石墨层间的插入和氧化机理，以及其对石墨结构和层间距的影响，由此制备出具有大量含氧官能团的氧化石墨烯。 剥离过程： 讲解超声波、加热等手段如何促进氧化石墨片层之间的剥离，形成GO分散液。 还原过程： 详细介绍化学还原（如水合肼、抗坏血酸）和热还原等方法，解释如何去除GO中的含氧官能团，恢复石墨烯的sp2杂化碳骨架，同时分析不同还原方法的优缺点及对rGO性能的影响。 官能团调控： 讨论如何通过控制氧化和还原的程度，调控GO和rGO中含氧官能团的种类和含量，从而影响其分散性、导电性、化学反应活性等。 其他制备方法： 简要介绍包括液相剥离法、电化学剥离法、以及从碳纳米管、富勒烯等碳材料转化而来的方法，并分析其各自的特点和潜在应用领域。 结构特性： 书中深入探讨了石墨烯的独特微观结构，这是其优异性能的根本来源。 单原子层结构： 强调石墨烯是具有完美蜂窝状晶格的单原子层碳材料，其原子排列的高度有序性。 sp2杂化碳骨架： 详细解释了碳原子通过sp2轨道形成σ键和π键的独特电子结构，由此产生的强化学键和平面结构。 电子结构与能带： 阐述了石墨烯独特的狄拉克锥能带结构，这导致了其零带隙半金属特性，以及电子在其中表现出的类相对论性行为，如超高载流子迁移率。 表面性质： 强调石墨烯巨大的比表面积（理论值约2630 m2/g）及其表面丰富的π电子系统，这赋予了其优异的吸附、催化和传感性能。 缺陷与掺杂： 详细分析了石墨烯结构中可能存在的缺陷（如空位、晶界、褶皱）以及通过掺杂（如氮掺杂、硼掺杂）引入的元素对石墨烯电学、化学和光学性质的影响，并探讨了如何通过控制缺陷和掺杂来调控材料性能。 多层石墨烯与石墨烯纳米带： 讨论了由多层石墨烯堆叠形成的情况，以及将石墨烯切割成窄条状形成的石墨烯纳米带，分析了它们的结构特点和与单层石墨烯的性能差异。 应用： 本书系统梳理了石墨烯在各个领域的广泛应用，重点突出其在不同场景下的性能优势和发展前景。 电子与信息技术： 高性能晶体管： 探讨石墨烯作为沟道材料在场效应晶体管（FET）中的应用，分析其高载流子迁移率如何实现超高频率的电子器件。 透明导电薄膜： 介绍石墨烯在替代ITO（氧化铟锡）作为透明导电电极方面的潜力，用于触摸屏、柔性显示器和太阳能电池。 传感器： 详细介绍利用石墨烯高灵敏度和大的比表面积开发各类传感器，如气体传感器、生物传感器、化学传感器等，可用于环境监测、医疗诊断等领域。 存储器件： 探讨石墨烯在相变存储器、电阻式随机存取存储器（RRAM）等新型存储技术中的应用。 导热材料： 利用石墨烯优异的导热性能，开发高效散热材料，用于电子设备的散热管理。 能源存储与转换： 锂离子电池： 作为电极材料（正极、负极）或导电添加剂，提高电池的能量密度、功率密度和循环稳定性。 超级电容器： 利用石墨烯巨大的比表面积和高导电性，设计高性能的电极材料，实现快速充放电和高能量存储密度。 燃料电池： 作为催化剂载体，提高催化剂的利用率和性能，或作为膜材料。 太阳能电池： 作为透明导电层或活性层，提高光电转换效率。 复合材料： 增强聚合物： 将石墨烯引入聚合物基体中，显著提高材料的力学强度（拉伸强度、模量）、导电性、导热性、阻燃性等。 金属基复合材料： 提高金属材料的硬度、耐磨性和导电性。 陶瓷基复合材料： 改善陶瓷材料的韧性、抗裂纹扩展能力。 生物医药： 药物递送： 利用石墨烯的表面易于功能化，将其作为载体，高效、精准地将药物递送到病灶部位。 生物成像： 开发具有荧光或近红外吸收特性的石墨烯衍生物，用于生物体的成像。 生物传感器： 用于疾病的早期诊断和检测。 抗菌材料： 利用石墨烯的物理和化学特性，开发新型抗菌材料。 环境科学： 水处理： 作为吸附剂，高效去除水中的重金属离子、有机污染物等。 空气净化： 作为催化剂载体或吸附材料，用于去除空气中的有害气体。 其他前沿应用： 光学器件： 在非线性光学、光电调制器等领域展现出巨大潜力。 柔性电子： 结合其优异的力学柔韧性，开发可穿戴电子设备。 本书通过详实的数据、清晰的图示和深入的分析，为读者呈现了石墨烯领域的前沿研究成果和未来发展趋势，是从事石墨烯相关研究、开发和生产的科研人员、工程师、学生以及对该领域感兴趣的读者不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《石墨深加工技术与石墨烯材料系列：石墨烯的制备、结构及应用》给我一种非常专业且深入的感觉，光是书名就足以激发我对这个领域的强烈好奇心。我一直对新材料的发展趋势保持着高度关注，而石墨烯作为一种革命性的二维材料，其潜在的应用前景无疑是科技界最热门的话题之一。我常常在想，在如此庞大的信息海洋中，到底有哪些书籍能够真正地引领读者进入石墨烯的核心世界，而不是流于表面。这本书的出现，仿佛就是一座灯塔，指引着我朝着那未知的，充满无限可能的领域前进。它不仅仅是一个简单的介绍，更像是一次系统的学习之旅，从最基础的制备方法，到复杂的结构解析，再到令人惊叹的应用落地，似乎都囊括其中。我期待这本书能够解答我对于石墨烯起源的疑问，比如它最初是如何被发现和分离出来的？那些在实验室里闪耀着神秘光芒的石墨烯片，究竟是如何一点一点地从石墨中“剥离”出来的？不同制备方法的原理是什么？它们各自的优缺点又在哪里？这些技术细节，往往是决定材料性能和成本的关键。我希望作者能够用清晰易懂的语言，配合详实的图表和案例，将这些复杂的工艺流程一一展现，让我能够直观地理解其中的奥秘，仿佛亲身参与到石墨烯的“诞生”过程中。

评分☆☆☆☆☆

在“应用”的部分，我希望能看到一些真正具有颠覆性的例子，而不仅仅是现有技术的改良。我期待书中能够探讨石墨烯在一些尚处于萌芽阶段，但潜力巨大的新兴领域的应用。例如，在量子计算领域，石墨烯是否有可能作为制造超导量子比特的材料？在人工智能领域，石墨烯是否可以用于构建更高效、更低功耗的神经网络硬件？在太空探索领域，石墨烯轻质高强的特性是否能用于制造更先进的航天器材料？我更希望看到的是，这本书能够提供一些关于未来石墨烯技术发展趋势的预测和展望，以及它可能对人类社会产生的深远影响。是否会讨论在实现这些前沿应用的过程中，仍然面临着哪些技术瓶颈和挑战？以及科研人员和工程师们正在如何努力克服这些困难？

评分☆☆☆☆☆

读到“系列”这个词，我感到一种期待，仿佛这不仅仅是一本书，而是一个更庞大的知识体系的起点。我希望这本书能够为我打开一个全新的视角，让我看到石墨烯的无限可能，并激发起我深入探索这个领域的更大热情。我期待这本书能够让我不仅仅是“知道”石墨烯，而是能够“理解”石墨烯。它是否能够让我明白，为什么石墨烯如此重要？它如何改变我们的生活？它又将如何塑造未来的科技格局？我希望这本书的阅读体验，是一种智识上的愉悦，是一种对未知世界的探索，是一种对科技前沿的触碰。我期待它能够解答我心中所有的疑问，并且提出更多我尚未思考过的问题，从而引导我踏上更深入的学习和研究之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对材料科学充满热情的读者，我一直对各种材料的“制备”过程怀有极大的兴趣。而“石墨烯的制备”作为这本书的开篇，我期待它能够展现出令人耳目一新的视角。我想知道，除了我们熟知的几种主流方法，是否还有其他更前沿、更具创新性的制备技术正在被探索？比如，是否有利用生物质材料或者废弃物来制备石墨烯的绿色工艺？书中是否会对比不同制备方法的成本效益、环境影响以及产品质量？我尤其想了解，如何才能有效地控制石墨烯的层数、尺寸、形貌以及缺陷密度，以满足不同应用的需求。例如，对于某些电子应用，我们可能需要单层、大尺寸、低缺陷的石墨烯；而对于复合材料，可能更关注的是石墨烯的产量和易于分散性。我希望书中能够提供一些关于“定制化”石墨烯制备的指导性信息，让我明白如何根据特定的应用场景，选择最合适的制备策略。

评分☆☆☆☆☆

在阅读之前，我对石墨烯的认识大多停留在“它很薄，导电导热性很好，可能有很多用处”的层面，但对于其“结构”的理解却显得模糊不清。这本书的标题明确地将“结构”放在了制备和应用之间，这让我意识到，对材料结构的深入理解，是连接其制备与应用的关键桥梁。我非常期待书中能够详细阐述石墨烯的晶格结构，它的原子排列方式，以及为什么这种二维的六边形结构会赋予它如此独特的物理和化学性质。例如，我想知道碳原子之间的键合强度如何影响石墨烯的机械性能？它的电子能带结构是怎样的？这些结构层面的知识，对于理解石墨烯为什么能够实现超高的载流子迁移率、优异的热导率以及强大的机械强度至关重要。书中是否会介绍不同的石墨烯家族成员，比如单层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯纳米带、量子点等等？它们在结构上存在哪些差异，又如何影响各自的性质？我对各种表征技术，比如扫描隧道显微镜（STM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等在解析石墨烯结构中的作用非常感兴趣，希望书中能有相关的介绍，让我了解科研人员是如何“看”到和“测量”这些纳米尺度的材料结构的。

评分☆☆☆☆☆

而“应用”部分，更是让我对这本书充满期待。石墨烯的潜在应用领域实在是太广泛了，从电子设备到能源存储，再到生物医学，几乎无所不能。我迫切地想知道，在书中，这些充满想象力的应用是如何被具体实现的？书中是否会详细介绍石墨烯在下一代电子器件中的应用，比如更快的晶体管、更柔性的显示屏、更高效的传感器？对于能源领域，我想了解石墨烯在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池中的作用，它如何提升能量密度、充放电速率和循环寿命？在生物医学方面，我对石墨烯作为药物载体、生物传感器、组织工程支架等方面的应用特别感兴趣，想知道它的生物相容性如何，以及如何在体内和体外发挥作用。书中是否有具体的案例研究，展示这些应用是如何从实验室走向市场的？是否有对未来可能出现的颠覆性应用的展望？这些内容不仅能够拓展我的视野，更能激发我对于新材料在解决现实世界问题中的无限可能性的思考。

评分☆☆☆☆☆

“结构”这一部分，我希望它不仅仅是停留在理论层面，而是能够与实际的材料特性紧密结合。我期待书中能够详细介绍石墨烯的层数、边缘效应、缺陷、官能团等结构特征，是如何直接影响其电学、热学、光学和力学性能的。例如，单层石墨烯与多层石墨烯的导电性和导热性会有什么显著差异？缺陷的存在，例如空位或取代原子，会对电子传输路径产生怎样的影响？边缘的石墨烯纳米带，其电子结构会呈现出怎样的金属性或半金属性？书中是否会通过大量的实验数据和理论计算结果，来直观地展示这些结构-性能之间的关联？我特别希望看到关于如何通过后处理或者化学修饰来改变石墨烯的结构，进而调控其性能的介绍，比如引入氧官能团以提高其在水性介质中的分散性，或者掺杂其他元素以改变其导电性能。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的名字，我首先联想到的是它对于“石墨深加工技术”这一环节的侧重。这让我感觉这本书不仅仅是关于石墨烯本身，更涵盖了从天然石墨出发，如何通过一系列精细的加工手段，最终得到高性能的石墨烯材料的完整产业链。我好奇的是，天然石墨的来源、品质以及预处理工艺，对最终石墨烯的性能有着怎样的影响？书中是否会深入探讨这些“前置”的加工技术，比如机械剥离、化学氧化还原法、化学气相沉积（CVD）法等，并详细分析它们的工艺流程、关键参数控制、以及各自在规模化生产中的挑战和优势。我期待能够看到这些技术细节的深入剖析，例如在化学氧化还原法中，不同氧化剂的选择、氧化程度的控制、以及还原方法的差异，如何影响石墨烯的层数、缺陷密度和表面官能团？在CVD法中，基底材料的选择、气体流量、温度和压力等参数，又是如何决定石墨烯的生长质量和形貌？这些技术层面的深入，对于理解石墨烯的工业化生产至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的系列名称“石墨深加工技术与石墨烯材料系列”，让我感觉它是一个更加宏大叙事的一部分。这意味着，它可能不仅仅局限于石墨烯本身，而是将其置于一个更广阔的石墨材料加工和应用的大背景下来讨论。我好奇的是，在石墨烯之外，传统的石墨材料在深加工技术方面有哪些新的进展？这些进展又如何为石墨烯的制备提供技术基础或者灵感？书中是否会讨论石墨材料在其他领域的应用，比如在电池阳极材料、耐火材料、润滑剂等传统领域的创新？这些内容或许能帮助我理解，石墨烯的出现，是对传统石墨材料的一次“超越”还是“演进”？它是否能够与现有的石墨材料技术形成互补，或者在某些领域产生颠覆性的替代效应？

评分☆☆☆☆☆

作为一名渴望学习新知识的读者，我期待这本书能够提供一套系统而完整的学习路径。从“制备”的根基，到“结构”的理解，再到“应用”的升华，希望书中各部分之间的逻辑关系是清晰连贯的。我特别希望书中能够包含一些“案例分析”或者“实验设计”的章节，让我们能够更深入地理解理论知识是如何转化为实际操作的。例如，在制备部分，是否会有关于如何优化实验参数以获得特定性能石墨烯的详细指导？在结构解析部分，是否会讲解如何解读高分辨率透射电镜图像或者拉曼光谱图谱？在应用部分，是否会提供一些实际的器件设计案例，展示石墨烯是如何集成到最终产品中的？这种理论与实践相结合的教学方式，将极大地提升学习的深度和趣味性。