石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用 [The Preparation，Structure and Application of Grapheme] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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付長璟 著

圖書標籤:

• 石墨烯
• 石墨深加工
• 材料科學
• 納米材料
• 製備技術
• 結構分析
• 應用研究
• 碳材料
• 新興材料
• 電子材料

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560358673

版次：1

商品編碼：12154825

包裝：平裝

叢書名： 石墨深加工技術與石墨烯材料係列

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

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

　　本書不僅可作為材料學專業高年級本科生和研究生的參考書，還可作為材料科學與工程領域中從事與石墨烯相關的研究人員和生産技術人員的參考書。

內容簡介

　　《石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用》內容由6章組成，詳細介紹瞭石墨烯的結構與性能，石墨烯的製備方法，石墨烯基雜化材料的製備和功能化，石墨烯生長機理，石墨烯的結構錶徵方法。重點闡述瞭石墨烯在電子器件、儲能、光催化和醫學等領域中的突齣應用，並介紹瞭大量的研究實例和近年來的科研成果。
　　《石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用》內容全麵、層次分明。
　　《石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用》不僅可作為材料學專業高年級本科生和研究生的參考書，還可作為材料科學與工程領域中從事與石墨烯相關的研究人員和生産技術人員的參考書。

目錄

目錄

第1章石墨烯的結構與性能

第2章石墨烯的製備方法

第3章石墨烯基雜化材料的製備和功能化

第4章石墨烯的生長機理

第5章石墨烯的結構錶徵方法

第6章石墨烯的應用

參考文獻

索引

精彩書摘

　　《石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用》：
　　在新型的有機太陽能電池中，以石墨烯薄膜作為窗口層電極材料受到人們的廣泛關注。石墨烯作為窗口層材料的應用，主要是憑藉其優異的電學和光學性能替代有機太陽能電池中的ITO層，起到透明導電的作用。
　　有機太陽能電池從材料上分為高分子聚閤物太陽能電池和有機小分子太陽能電池，從結構上可分為雙層異質結結構、體異質結結構和分子異質結結構。下麵以體異質結聚閤物太陽能電池為例介紹一下太陽能電池的結構。體異質結聚閤物太陽能電池包括蔭種結構：正型有機太陽能電池和反型有機太陽能電池，其結構如圖6.2所示。
　　正型結構器件的主要結構為：ITO／PEDOT：PSS／有機活性層／LiF／Al；有機活性層由電子給體材料和受體材料混閤製得，如P3HT（3—己基噻吩聚閤物）與PCBM的異質結界麵復閤層。以石墨烯作為透明電極層，頂層是以石墨烯替換ITO作透明電極層，第二層為PEDOT與PSS的混閤層，混閤層經過鏇塗（亦稱為甩膜）在140℃退火處理約15min後，形成約40nm厚的薄膜層。第三層為P3HT（3—己基噻吩聚閤物）與PCBM的異質結界麵復閤層，層厚約160nm。最後為氟化鋰蒸發形成的陰極。從能級圖可以看齣，多層狀結構的有機太陽能電池更利於激子分離成載流子及載流子的後續傳輸。
　　……

前言/序言

　　石墨新材料本身就是新材料産業的重要組成部分，以石墨烯為代錶的石墨新材料的突破性進展將給諸多産業帶來重大影響。石墨烯具有良好的電學、力學及熱學性能，主要體現為高穩定性、高比錶麵積、高電導率、良好的導熱性、高強度等多種性質，將廣泛應用於電化學電容器、鋰離子電池、太陽能電池、超級計算機、基因測序、儲氫設備、傳感器等眾多行業，發展前景極其廣闊。
　　本書將通過係統地介紹石墨烯的結構與性能，石墨烯的製備和錶徵方法，石墨烯基雜化材料的製備與功能化，石墨烯的生長機理等幾個方麵，以及近年來在石墨烯領域的最新研究成果及其在電子器件、儲能和醫學等領域的應用，引領讀者進入一個全新的石墨烯世界。
　　作者衷心感謝哈爾濱工業大學齣版社各位編輯在本書齣版過程中給予的大力支持，感謝王振廷教授在本書編寫過程中給予的指導和作本書的主審。在本書編寫過程中，作者參閱並引用瞭多部專著、教程和大量的相關文獻，在此對相關專傢、作者錶示感謝！
　　本書是在黑龍江省教育廳規劃項目——大石墨背景下無機非金屬材料專業人纔培養模式改革與實踐（項目編號：GBC1213105）和黑龍江省高等教育教學改革項目——大工程背景下我省石墨深加工緊缺人纔培養模式改革與實踐（項目編號：GJ2201301060）的資助下完成的，在此對給予本書資金資助的黑龍江省教育廳錶示感謝！
　　由於作者水平有限，時間倉促，書中定有疏漏和不當之處，敬請讀者批評指正。

《石墨烯的製備、結構及應用》 本著作深入剖析瞭石墨烯這一革命性二維材料的方方麵麵。全書圍繞石墨烯的製備方法、結構特性及其廣泛應用展開，為讀者構建起一個全麵而係統的知識框架。 製備方法： 書中詳細介紹瞭當前主流的石墨烯製備技術，力求從理論到實踐，為研究者和工程師提供詳實的指導。 機械剝離法： 作為最早發現和應用的製備方法，本書著重闡述瞭其基本原理，包括使用膠帶等工具從塊狀石墨中逐層剝離齣石墨烯。同時，也探討瞭該方法在産率、規模化生産以及薄膜厚度控製方麵的局限性，並分析瞭其在科研和小規模製備中的優勢。 化學氣相沉積（CVD）法： 這是目前實現高質量、大麵積石墨烯生長的最主要方法。本書將深入講解CVD法的各個關鍵環節，包括： 基底選擇： 詳細分析瞭銅、鎳等金屬基底的性質及其對石墨烯生長的影響，以及不同基底在催化作用、錶麵能和後續轉移過程中的優劣。 前驅體氣體： 介紹甲烷、乙烯等碳源氣體在CVD過程中的分解機理，以及氣體流量、分壓對石墨烯成核和生長速率的影響。 反應氣氛與溫度： 探討氫氣、氬氣等氣氛在促進碳源分解和抑製石墨烯缺陷生成中的作用，以及反應溫度對石墨烯晶粒大小、層數和質量的決定性影響。 生長動力學： 深入解析石墨烯在金屬錶麵的成核、生長和傳輸過程，解釋瞭如何通過優化工藝參數來控製石墨烯的層數、均勻性和晶界密度。 後處理： 詳細闡述瞭CVD生長後的石墨烯轉移技術，包括聚閤物輔助轉移、電化學轉移等方法，並討論瞭轉移過程中可能引入的缺陷和汙染問題。 氧化還原法（Hummer's方法及其改進）： 該方法是製備氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（rGO）的經典途徑，適閤大規模製備。本書將詳盡介紹： 氧化過程： 詳細闡述瞭強氧化劑（如高錳酸鉀、硫酸、硝酸）在石墨層間的插入和氧化機理，以及其對石墨結構和層間距的影響，由此製備齣具有大量含氧官能團的氧化石墨烯。 剝離過程： 講解超聲波、加熱等手段如何促進氧化石墨片層之間的剝離，形成GO分散液。 還原過程： 詳細介紹化學還原（如水閤肼、抗壞血酸）和熱還原等方法，解釋如何去除GO中的含氧官能團，恢復石墨烯的sp2雜化碳骨架，同時分析不同還原方法的優缺點及對rGO性能的影響。 官能團調控： 討論如何通過控製氧化和還原的程度，調控GO和rGO中含氧官能團的種類和含量，從而影響其分散性、導電性、化學反應活性等。 其他製備方法： 簡要介紹包括液相剝離法、電化學剝離法、以及從碳納米管、富勒烯等碳材料轉化而來的方法，並分析其各自的特點和潛在應用領域。 結構特性： 書中深入探討瞭石墨烯的獨特微觀結構，這是其優異性能的根本來源。 單原子層結構： 強調石墨烯是具有完美蜂窩狀晶格的單原子層碳材料，其原子排列的高度有序性。 sp2雜化碳骨架： 詳細解釋瞭碳原子通過sp2軌道形成σ鍵和π鍵的獨特電子結構，由此産生的強化學鍵和平麵結構。 電子結構與能帶： 闡述瞭石墨烯獨特的狄拉剋錐能帶結構，這導緻瞭其零帶隙半金屬特性，以及電子在其中錶現齣的類相對論性行為，如超高載流子遷移率。 錶麵性質： 強調石墨烯巨大的比錶麵積（理論值約2630 m2/g）及其錶麵豐富的π電子係統，這賦予瞭其優異的吸附、催化和傳感性能。 缺陷與摻雜： 詳細分析瞭石墨烯結構中可能存在的缺陷（如空位、晶界、褶皺）以及通過摻雜（如氮摻雜、硼摻雜）引入的元素對石墨烯電學、化學和光學性質的影響，並探討瞭如何通過控製缺陷和摻雜來調控材料性能。 多層石墨烯與石墨烯納米帶： 討論瞭由多層石墨烯堆疊形成的情況，以及將石墨烯切割成窄條狀形成的石墨烯納米帶，分析瞭它們的結構特點和與單層石墨烯的性能差異。 應用： 本書係統梳理瞭石墨烯在各個領域的廣泛應用，重點突齣其在不同場景下的性能優勢和發展前景。 電子與信息技術： 高性能晶體管： 探討石墨烯作為溝道材料在場效應晶體管（FET）中的應用，分析其高載流子遷移率如何實現超高頻率的電子器件。 透明導電薄膜： 介紹石墨烯在替代ITO（氧化銦锡）作為透明導電電極方麵的潛力，用於觸摸屏、柔性顯示器和太陽能電池。 傳感器： 詳細介紹利用石墨烯高靈敏度和大的比錶麵積開發各類傳感器，如氣體傳感器、生物傳感器、化學傳感器等，可用於環境監測、醫療診斷等領域。 存儲器件： 探討石墨烯在相變存儲器、電阻式隨機存取存儲器（RRAM）等新型存儲技術中的應用。 導熱材料： 利用石墨烯優異的導熱性能，開發高效散熱材料，用於電子設備的散熱管理。 能源存儲與轉換： 鋰離子電池： 作為電極材料（正極、負極）或導電添加劑，提高電池的能量密度、功率密度和循環穩定性。 超級電容器： 利用石墨烯巨大的比錶麵積和高導電性，設計高性能的電極材料，實現快速充放電和高能量存儲密度。 燃料電池： 作為催化劑載體，提高催化劑的利用率和性能，或作為膜材料。 太陽能電池： 作為透明導電層或活性層，提高光電轉換效率。 復閤材料： 增強聚閤物： 將石墨烯引入聚閤物基體中，顯著提高材料的力學強度（拉伸強度、模量）、導電性、導熱性、阻燃性等。 金屬基復閤材料： 提高金屬材料的硬度、耐磨性和導電性。 陶瓷基復閤材料： 改善陶瓷材料的韌性、抗裂紋擴展能力。 生物醫藥： 藥物遞送： 利用石墨烯的錶麵易於功能化，將其作為載體，高效、精準地將藥物遞送到病竈部位。 生物成像： 開發具有熒光或近紅外吸收特性的石墨烯衍生物，用於生物體的成像。 生物傳感器： 用於疾病的早期診斷和檢測。 抗菌材料： 利用石墨烯的物理和化學特性，開發新型抗菌材料。 環境科學： 水處理： 作為吸附劑，高效去除水中的重金屬離子、有機汙染物等。 空氣淨化： 作為催化劑載體或吸附材料，用於去除空氣中的有害氣體。 其他前沿應用： 光學器件： 在非綫性光學、光電調製器等領域展現齣巨大潛力。 柔性電子： 結閤其優異的力學柔韌性，開發可穿戴電子設備。 本書通過詳實的數據、清晰的圖示和深入的分析，為讀者呈現瞭石墨烯領域的前沿研究成果和未來發展趨勢，是從事石墨烯相關研究、開發和生産的科研人員、工程師、學生以及對該領域感興趣的讀者不可多得的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《石墨深加工技術與石墨烯材料係列：石墨烯的製備、結構及應用》給我一種非常專業且深入的感覺，光是書名就足以激發我對這個領域的強烈好奇心。我一直對新材料的發展趨勢保持著高度關注，而石墨烯作為一種革命性的二維材料，其潛在的應用前景無疑是科技界最熱門的話題之一。我常常在想，在如此龐大的信息海洋中，到底有哪些書籍能夠真正地引領讀者進入石墨烯的核心世界，而不是流於錶麵。這本書的齣現，仿佛就是一座燈塔，指引著我朝著那未知的，充滿無限可能的領域前進。它不僅僅是一個簡單的介紹，更像是一次係統的學習之旅，從最基礎的製備方法，到復雜的結構解析，再到令人驚嘆的應用落地，似乎都囊括其中。我期待這本書能夠解答我對於石墨烯起源的疑問，比如它最初是如何被發現和分離齣來的？那些在實驗室裏閃耀著神秘光芒的石墨烯片，究竟是如何一點一點地從石墨中“剝離”齣來的？不同製備方法的原理是什麼？它們各自的優缺點又在哪裏？這些技術細節，往往是決定材料性能和成本的關鍵。我希望作者能夠用清晰易懂的語言，配閤詳實的圖錶和案例，將這些復雜的工藝流程一一展現，讓我能夠直觀地理解其中的奧秘，仿佛親身參與到石墨烯的“誕生”過程中。

評分☆☆☆☆☆

讀到“係列”這個詞，我感到一種期待，仿佛這不僅僅是一本書，而是一個更龐大的知識體係的起點。我希望這本書能夠為我打開一個全新的視角，讓我看到石墨烯的無限可能，並激發起我深入探索這個領域的更大熱情。我期待這本書能夠讓我不僅僅是“知道”石墨烯，而是能夠“理解”石墨烯。它是否能夠讓我明白，為什麼石墨烯如此重要？它如何改變我們的生活？它又將如何塑造未來的科技格局？我希望這本書的閱讀體驗，是一種智識上的愉悅，是一種對未知世界的探索，是一種對科技前沿的觸碰。我期待它能夠解答我心中所有的疑問，並且提齣更多我尚未思考過的問題，從而引導我踏上更深入的學習和研究之旅。

評分☆☆☆☆☆

而“應用”部分，更是讓我對這本書充滿期待。石墨烯的潛在應用領域實在是太廣泛瞭，從電子設備到能源存儲，再到生物醫學，幾乎無所不能。我迫切地想知道，在書中，這些充滿想象力的應用是如何被具體實現的？書中是否會詳細介紹石墨烯在下一代電子器件中的應用，比如更快的晶體管、更柔性的顯示屏、更高效的傳感器？對於能源領域，我想瞭解石墨烯在超級電容器、鋰離子電池、太陽能電池中的作用，它如何提升能量密度、充放電速率和循環壽命？在生物醫學方麵，我對石墨烯作為藥物載體、生物傳感器、組織工程支架等方麵的應用特彆感興趣，想知道它的生物相容性如何，以及如何在體內和體外發揮作用。書中是否有具體的案例研究，展示這些應用是如何從實驗室走嚮市場的？是否有對未來可能齣現的顛覆性應用的展望？這些內容不僅能夠拓展我的視野，更能激發我對於新材料在解決現實世界問題中的無限可能性的思考。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀之前，我對石墨烯的認識大多停留在“它很薄，導電導熱性很好，可能有很多用處”的層麵，但對於其“結構”的理解卻顯得模糊不清。這本書的標題明確地將“結構”放在瞭製備和應用之間，這讓我意識到，對材料結構的深入理解，是連接其製備與應用的關鍵橋梁。我非常期待書中能夠詳細闡述石墨烯的晶格結構，它的原子排列方式，以及為什麼這種二維的六邊形結構會賦予它如此獨特的物理和化學性質。例如，我想知道碳原子之間的鍵閤強度如何影響石墨烯的機械性能？它的電子能帶結構是怎樣的？這些結構層麵的知識，對於理解石墨烯為什麼能夠實現超高的載流子遷移率、優異的熱導率以及強大的機械強度至關重要。書中是否會介紹不同的石墨烯傢族成員，比如單層石墨烯、多層石墨烯、石墨烯納米帶、量子點等等？它們在結構上存在哪些差異，又如何影響各自的性質？我對各種錶徵技術，比如掃描隧道顯微鏡（STM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射綫衍射（XRD）等在解析石墨烯結構中的作用非常感興趣，希望書中能有相關的介紹，讓我瞭解科研人員是如何“看”到和“測量”這些納米尺度的材料結構的。

評分☆☆☆☆☆

在“應用”的部分，我希望能看到一些真正具有顛覆性的例子，而不僅僅是現有技術的改良。我期待書中能夠探討石墨烯在一些尚處於萌芽階段，但潛力巨大的新興領域的應用。例如，在量子計算領域，石墨烯是否有可能作為製造超導量子比特的材料？在人工智能領域，石墨烯是否可以用於構建更高效、更低功耗的神經網絡硬件？在太空探索領域，石墨烯輕質高強的特性是否能用於製造更先進的航天器材料？我更希望看到的是，這本書能夠提供一些關於未來石墨烯技術發展趨勢的預測和展望，以及它可能對人類社會産生的深遠影響。是否會討論在實現這些前沿應用的過程中，仍然麵臨著哪些技術瓶頸和挑戰？以及科研人員和工程師們正在如何努力剋服這些睏難？

評分☆☆☆☆☆

讀到這本書的名字，我首先聯想到的是它對於“石墨深加工技術”這一環節的側重。這讓我感覺這本書不僅僅是關於石墨烯本身，更涵蓋瞭從天然石墨齣發，如何通過一係列精細的加工手段，最終得到高性能的石墨烯材料的完整産業鏈。我好奇的是，天然石墨的來源、品質以及預處理工藝，對最終石墨烯的性能有著怎樣的影響？書中是否會深入探討這些“前置”的加工技術，比如機械剝離、化學氧化還原法、化學氣相沉積（CVD）法等，並詳細分析它們的工藝流程、關鍵參數控製、以及各自在規模化生産中的挑戰和優勢。我期待能夠看到這些技術細節的深入剖析，例如在化學氧化還原法中，不同氧化劑的選擇、氧化程度的控製、以及還原方法的差異，如何影響石墨烯的層數、缺陷密度和錶麵官能團？在CVD法中，基底材料的選擇、氣體流量、溫度和壓力等參數，又是如何決定石墨烯的生長質量和形貌？這些技術層麵的深入，對於理解石墨烯的工業化生産至關重要。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對材料科學充滿熱情的讀者，我一直對各種材料的“製備”過程懷有極大的興趣。而“石墨烯的製備”作為這本書的開篇，我期待它能夠展現齣令人耳目一新的視角。我想知道，除瞭我們熟知的幾種主流方法，是否還有其他更前沿、更具創新性的製備技術正在被探索？比如，是否有利用生物質材料或者廢棄物來製備石墨烯的綠色工藝？書中是否會對比不同製備方法的成本效益、環境影響以及産品質量？我尤其想瞭解，如何纔能有效地控製石墨烯的層數、尺寸、形貌以及缺陷密度，以滿足不同應用的需求。例如，對於某些電子應用，我們可能需要單層、大尺寸、低缺陷的石墨烯；而對於復閤材料，可能更關注的是石墨烯的産量和易於分散性。我希望書中能夠提供一些關於“定製化”石墨烯製備的指導性信息，讓我明白如何根據特定的應用場景，選擇最閤適的製備策略。

評分☆☆☆☆☆

“結構”這一部分，我希望它不僅僅是停留在理論層麵，而是能夠與實際的材料特性緊密結閤。我期待書中能夠詳細介紹石墨烯的層數、邊緣效應、缺陷、官能團等結構特徵，是如何直接影響其電學、熱學、光學和力學性能的。例如，單層石墨烯與多層石墨烯的導電性和導熱性會有什麼顯著差異？缺陷的存在，例如空位或取代原子，會對電子傳輸路徑産生怎樣的影響？邊緣的石墨烯納米帶，其電子結構會呈現齣怎樣的金屬性或半金屬性？書中是否會通過大量的實驗數據和理論計算結果，來直觀地展示這些結構-性能之間的關聯？我特彆希望看到關於如何通過後處理或者化學修飾來改變石墨烯的結構，進而調控其性能的介紹，比如引入氧官能團以提高其在水性介質中的分散性，或者摻雜其他元素以改變其導電性能。

評分☆☆☆☆☆

作為一名渴望學習新知識的讀者，我期待這本書能夠提供一套係統而完整的學習路徑。從“製備”的根基，到“結構”的理解，再到“應用”的升華，希望書中各部分之間的邏輯關係是清晰連貫的。我特彆希望書中能夠包含一些“案例分析”或者“實驗設計”的章節，讓我們能夠更深入地理解理論知識是如何轉化為實際操作的。例如，在製備部分，是否會有關於如何優化實驗參數以獲得特定性能石墨烯的詳細指導？在結構解析部分，是否會講解如何解讀高分辨率透射電鏡圖像或者拉曼光譜圖譜？在應用部分，是否會提供一些實際的器件設計案例，展示石墨烯是如何集成到最終産品中的？這種理論與實踐相結閤的教學方式，將極大地提升學習的深度和趣味性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的係列名稱“石墨深加工技術與石墨烯材料係列”，讓我感覺它是一個更加宏大敘事的一部分。這意味著，它可能不僅僅局限於石墨烯本身，而是將其置於一個更廣闊的石墨材料加工和應用的大背景下來討論。我好奇的是，在石墨烯之外，傳統的石墨材料在深加工技術方麵有哪些新的進展？這些進展又如何為石墨烯的製備提供技術基礎或者靈感？書中是否會討論石墨材料在其他領域的應用，比如在電池陽極材料、耐火材料、潤滑劑等傳統領域的創新？這些內容或許能幫助我理解，石墨烯的齣現，是對傳統石墨材料的一次“超越”還是“演進”？它是否能夠與現有的石墨材料技術形成互補，或者在某些領域産生顛覆性的替代效應？