本書總結(jié)了石墨烯結(jié)構(gòu)與物性的常用表征技術(shù)，從表征技術(shù)的基本原理和基本方法出發(fā)，對石墨烯的晶格、層數(shù)、摻雜、缺陷、表面官能團等結(jié)構(gòu)特征，以及石墨烯的電子能帶、載流子輸運、力學行為、熱傳輸?shù)任锢硇再|(zhì)的常用表征手段進行了詳細介紹，并結(jié)合當前新的文獻報道給出了實例分析。全書共十一章。1章簡要概述了石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為后續(xù)章節(jié)詳細展開討論奠定基礎(chǔ)。第2章和第3章分別介紹了常用的顯微學和光譜學表征技術(shù)。第4章介紹了石墨烯增強拉曼光譜。第5章介紹了石墨烯的晶格和電子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)。第6~8章分別介紹了石墨烯的電學性質(zhì)、熱學性質(zhì)、力學性質(zhì)及其對應(yīng)的表征技術(shù)。第9章重點介紹了粉體石墨烯的物理化學性能表征技術(shù)。第十章對前面章節(jié)未討論到的部分性質(zhì)進行了補充介紹。第十一章對全書進行了總結(jié)與展望。
石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個傳奇，也是當今橫跨學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的超級明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當然，石墨烯是當之無愧的。作為由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導電性和導熱性較好的材料，也是理想的輕質(zhì)高強材料。正因如此，一經(jīng)問世便吸引了全球范圍的關(guān)注。石墨烯有可能創(chuàng)造一個全新的產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)將成為未來全球高科技產(chǎn)業(yè)競爭的高地，這一點已經(jīng)成為國內(nèi)外學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。從2004年至今，已經(jīng)有了近十六年的歷史沉淀。無論是石墨烯的基礎(chǔ)研究，還是石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化實踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對石墨烯材料有一個全方位套叢書出的、科學的、理性的認識�？偨Y(jié)歷史，是為了更好地走向未來。對于新興的石墨烯產(chǎn)業(yè)來說，戰(zhàn)略前沿新材料石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實上，國內(nèi)外已經(jīng)出版了數(shù)十部石墨烯相關(guān)書籍，其中不乏經(jīng)典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結(jié)石墨烯相關(guān)的知識積累，反映石墨烯領(lǐng)域的國內(nèi)外前沿研究進展，展示石墨烯新材料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展前景，尤其希望能夠充分體現(xiàn)國人對石墨烯領(lǐng)域的貢獻。本叢書共包括22分冊，執(zhí)筆作者20余位，都是石墨烯領(lǐng)域的重量級學者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業(yè)性和科學性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質(zhì)和表征技術(shù)，到石墨烯材料的制備方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以及石墨烯產(chǎn)品的計量檢測標準等全方位的知識總結(jié)。同時，兩份產(chǎn)業(yè)研究報告詳細闡述了世界各國的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對廣泛征集到的石墨烯相關(guān)問題答疑解惑，去偽求真。本叢書的內(nèi)容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個分冊也相對獨立，具有很強的系統(tǒng)性、知識性、專業(yè)性和即時性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對中國的石墨烯研究和中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有所助益。1. 戰(zhàn)略前沿新材料石墨烯出版工程 十三五國家重點出版物出版規(guī)劃項目/國家出版基金叢書由石墨烯的基本性質(zhì)與表征技術(shù)、石墨烯的制備技術(shù)和計量標準、石墨烯的分類應(yīng)用、石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀報告、石墨烯科普知識等五大部分共22分冊構(gòu)成，本書為第02分冊。2. 叢書由我國石墨烯研究領(lǐng)域的主要開拓者及我國石墨烯發(fā)展的重要推動者、北京大學教授、北京石墨烯研究院創(chuàng)院院長劉忠范院士親自策劃并擔任總主編。3.全書采用80克雅質(zhì)紙，彩色印刷，清晰直觀地展現(xiàn)了石墨烯的結(jié)構(gòu)、模擬及表征結(jié)果。
石墨烯是由sp2雜化碳原子組成的單原子層二維碳材料，獨特的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的電學、光學、熱學和力學等性質(zhì)，使其在柔性器件、光電子器件、能源的儲存與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯已經(jīng)成為基礎(chǔ)科學研究的熱點材料。除了對其本征的電學、光學等物理性質(zhì)進行研究，人們還發(fā)現(xiàn)了許多新奇物性，例如，基于單層石墨烯發(fā)現(xiàn)了螺旋量子霍爾相、氫氣滲透等新奇效應(yīng)，基于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯發(fā)現(xiàn)了超導、鐵磁性等物理特性。目前，石墨烯已經(jīng)成為諸多應(yīng)用領(lǐng)域的戰(zhàn)略材料，國際和國內(nèi)都已對石墨烯的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用展開了布局。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，石墨烯的眾多優(yōu)異性質(zhì)取決于其結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)石墨烯的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，可以將石墨烯分為具有單層或少層結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜以及由不同層數(shù)和尺寸的石墨烯片組成的粉體石墨烯。通常，通過機械剝離法或化學氣相沉積法可以制備石墨烯薄膜，而通過液相剝離法或快速升溫生長法可以制備粉體石墨烯。不同類型、不同品質(zhì)的石墨烯表現(xiàn)出不同的性能，適合于不同的應(yīng)用定位。因此，石墨烯結(jié)構(gòu)和物性的可靠、準確表征是石墨烯的基礎(chǔ)科學與應(yīng)用研究的基本前提。本書總結(jié)了石墨烯結(jié)構(gòu)與物性的常用表征技術(shù)，從表征技術(shù)的基本原理和基本方法出發(fā)，對石墨烯的晶格、層數(shù)、摻雜、缺陷、表面官能團等結(jié)構(gòu)特征，以及石墨烯的電子能帶、載流子輸運、力學行為、熱傳輸?shù)任锢硇再|(zhì)的常用表征手段進行了詳細介紹，并結(jié)合當前新的文獻報道給出了實例分析，以期為讀者提供全面、系統(tǒng)的石墨烯結(jié)構(gòu)和物性表征的參考手冊。全書共十一章，各章之間既聯(lián)系緊密以構(gòu)成整體，又彼此獨立。1章簡要概述了石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為后續(xù)章節(jié)詳細展開討論奠定了基礎(chǔ)。石墨烯的形貌和晶體結(jié)構(gòu)是其性質(zhì)的核心，本書在第2章和第3章中分別介紹了常用的顯微學和光譜學表征技術(shù)。第2章從宏觀尺度到納米尺度再到原子尺度對石墨烯結(jié)構(gòu)的表征方法進行了介紹，包括大范圍的光學顯微術(shù)、納米尺度表面起伏與橫向尺寸的掃描電子顯微術(shù)和原子力顯微術(shù)，以及原子尺度晶體結(jié)構(gòu)的透射電子顯微術(shù)和掃描隧道顯微術(shù)等。第３章重點介紹了拉曼光譜及其在石墨烯的層數(shù)、缺陷、堆垛、功能化等結(jié)構(gòu)特征中的表征應(yīng)用，并介紹了紫外 可見吸收光譜、紅外吸光譜、熒光光譜等。增強拉曼散射效應(yīng)是石墨烯重要的光譜學特征，已經(jīng)成為分子檢測的重要手段之一，并由此拓展出二維材料增強拉曼散射的研究領(lǐng)域。第４章介紹了石墨烯增強拉曼光譜，包括其機理、應(yīng)用與拓展。第５章介紹了石墨烯的晶格與電子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，包括低能透射電子顯微鏡、掃描隧道譜、角分辨光電子能譜等。第６章介紹了石墨烯的電學性質(zhì)及其表征技術(shù)，包括導電性能、載流子遷移率等測量的基本方法和原理等。第７章介紹了石墨烯的熱學性質(zhì)及其表征技術(shù)，主要包括對石墨烯薄膜材料與宏觀材料的熱導率測量。第８章介紹了石墨烯的力學性質(zhì)及其表征技術(shù)，主要包括針對主要力學性質(zhì)的原子力顯微鏡納米壓痕法、拉曼光譜法、微橋法。粉體石墨烯是面向應(yīng)用的重要的石墨烯產(chǎn)品，也是容易實現(xiàn)宏量制備的石墨烯材料。前面章節(jié)的表征技術(shù)已經(jīng)部分涉及對粉體石墨烯特定形態(tài)的表征，包括石墨烯宏觀材料的熱導率測量、三維石墨烯的力學性質(zhì)表征。第９章從元素、晶體結(jié)構(gòu)及層間距、比表面積、熱穩(wěn)定性、在溶劑中的分散性能等方面介紹了粉體石墨烯的物理化學性能表征技術(shù)。第十章對前面章節(jié)未討論到的部分性質(zhì)進行了補充介紹，例如非線性光學性質(zhì)、表面等離激元效應(yīng)、磁學性質(zhì)、電化學性質(zhì)及滲透性等。第十一章對全書進行了總結(jié)與展望。石墨烯的光學特性涉及與不同波段光的相互作用，包括紫外、可見、紅外波段。本書未對石墨烯的光學性質(zhì)進行系統(tǒng)總結(jié)，而是從常用的光學成像和光譜表征技術(shù)出發(fā)，如第2章介紹了石墨烯的顯微學表征技術(shù)，第3章介紹了石墨烯的光譜學表征技術(shù)，石墨烯的非線性光學性質(zhì)、表面等離激元效應(yīng)等在第十章中進行展開。在本書的撰寫過程中，于躍、王珊珊、史述賓、向兆兵、劉海舟、許世臣、孫丹萍、孫陽勇、楊良偉、李曉波、張娜、張詩舒、陳珂、范曉旭、趙艷、趙福振、徐波、高振飛、黃歡、韓東（按姓氏筆畫順序）參與了資料的收集與整理工作，張詩舒參與了全書的修訂與校正。同時，本書參考引用了國內(nèi)外同行的優(yōu)秀研究成果。在此一并致謝！另外，衷心感謝華東理工大學出版社的大力支持！需要指出的是，石墨烯的研究日新月異，盡管作者力求完美，但書中難免會有疏漏之處，懇請各位讀者批評指正。、謹以此書獻給奮斗在石墨烯基礎(chǔ)和應(yīng)用研究領(lǐng)域的科研和技術(shù)人員，以及對石墨烯材料感興趣的廣大讀者！
張錦，物理化學家，中國科學院院士，北京大學化學與分子工程學院教授、博士生導師。致力于碳納米碳材料的控制制備及其拉曼光譜學研究，長期在納米碳材料的物理化學領(lǐng)域開展研究工作，堅持探索碳納米管等納米碳材料的結(jié)構(gòu)控制生長規(guī)律，發(fā)展納米材料結(jié)構(gòu)與物性的譜學表征方法，通過催化劑的設(shè)計，突破了碳納米管結(jié)構(gòu)控制與高效生長的難題，推動了中國納米碳材料基礎(chǔ)研究的進步。
1章 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)簡介１．１ 石墨烯的發(fā)現(xiàn)１．２ 石墨烯的結(jié)構(gòu)１．３ 石墨烯的制備方法 �。保常� 機械剝離法 １．３．２ 液相剝離法 �。保常� 氧化還原法 １．３．４ 化學氣相沉積法 �。保常� 碳化硅表面外延生長法 １．３．６ 有機合成法１．４ 石墨烯的性質(zhì) �。保矗� 石墨烯的電學性質(zhì) �。保矗� 石墨烯的光學性質(zhì) �。保矗� 石墨烯的力學性質(zhì) １．４．４ 石墨烯的熱學性質(zhì) �。保矗� 石墨烯的其他性質(zhì)１．５ 本章小結(jié)第2章 石墨烯結(jié)構(gòu)的顯微學表征２．１ 光學顯微術(shù)２．１．１ 石墨烯層數(shù)的光學襯度法表征２．１．２ 石墨烯晶界的光學成像 �。玻保� 其他光學表征模式２．２ 掃描電子顯微術(shù) �。玻玻� 掃描電子顯微術(shù)的基本原理 �。玻玻� 平面石墨烯的表征 �。玻玻� 三維石墨烯的表征２．３ 透射電子顯微術(shù) ２．３．１ 透射電子顯微術(shù)表征石墨烯的基本方法及原理 �。玻常� 石墨烯層數(shù)的判定 �。玻常� 石墨烯堆垛結(jié)構(gòu)的表征 �。玻常� 石墨烯缺陷結(jié)構(gòu)的表征 ２．３．５ 石墨烯邊界結(jié)構(gòu)的表征２．４ 光發(fā)射電子顯微鏡／低能電子顯微鏡技術(shù) �。玻矗� 光發(fā)射電子顯微鏡與低能電子顯微鏡簡介 �。玻矗� 利用PEEM/LEEM技術(shù)原位表征石墨烯的生長２．５ 原子力顯微術(shù) ２．５．１ 原子力顯微術(shù)的基本原理 ２．５．２ 石墨烯的形貌與厚度表征 �。玻担� 石墨烯的原子結(jié)構(gòu)表征２．６ 掃描隧道顯微術(shù) �。玻叮� 掃描隧道顯微術(shù)的基本原理 �。玻叮� 不同基底上的石墨烯表征 �。玻叮� 多層石墨烯的原子堆垛 �。玻叮� 石墨烯表面的分子組裝 �。玻叮� 石墨烯的摻雜態(tài)２．７ 本章小結(jié)參考文獻第2章 石墨烯的光譜學表征３．１ 石墨烯的拉曼光譜表征 ３．１．１ 拉曼光譜簡介 �。常保� 石墨烯的聲子振動特征 �。常保� 石墨烯層數(shù)、邊緣及缺陷態(tài)的拉曼光譜分析 �。常保� 石墨烯摻雜效應(yīng)的拉曼光譜研究 ３．１．５ 溫度和應(yīng)力等對石墨烯拉曼光譜的影響 �。常保� 石墨烯堆垛和層間相互作用的拉曼光譜表征 �。常保� 氧化石墨烯和功能化石墨烯的拉曼光譜３．２ 石墨烯的紫外可見吸收光譜表征３．３ 石墨烯的紅外吸收光譜表征３．４ 石墨烯的熒光光譜表征 �。常矗� 氧化石墨烯和還原氧化石墨烯的熒光效應(yīng)及應(yīng)用 �。常矗� 氧化石墨烯的熒光猝滅效應(yīng)及應(yīng)用３．５ 石墨烯的動態(tài)光散射３．６ 本章小結(jié)參考文獻第4章 石墨烯增強拉曼光譜４．１ 石墨烯增強拉曼散射的實現(xiàn) ４．１．１ 石墨烯的熒光猝滅效應(yīng) �。矗保� 石墨烯增強拉曼散射的發(fā)現(xiàn) �。矗保� 石墨烯增強拉曼散射的實驗方法４．２ 石墨烯增強拉曼散射的機理 ４．２．１ 首層效應(yīng)與層數(shù)依賴性 �。矗玻� 分子取向依賴性 �。矗玻� 分子類型選擇性 ４．２．４ GERS電荷轉(zhuǎn)移機制 �。矗玻� 費米能級調(diào)制 �。矗玻� 雙表面增強拉曼散射效應(yīng)４．３ 石墨烯／金屬復合基底的拉曼散射增強 �。矗常� 石墨烯基拉曼增強基底的制備 ４．３．２ 石墨烯基拉曼增強基底的特征及作用４．４ 石墨烯增強拉曼散射的應(yīng)用 �。矗矗� 柔性石墨烯／金屬復合拉曼增強基底 ４．４．２ 石墨烯增強拉曼散射的定量分析 �。矗矗� G-SERS用于檢測表面等離激元誘導的化學反應(yīng)４．５ 二維材料的增強拉曼散射效應(yīng) ４．５．１ 各向同性二維材料的增強拉曼散射效應(yīng) �。矗担� 各向異性二維材料的增強拉曼散射效應(yīng) �。矗担� 二維材料范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)的增強拉曼散射效應(yīng) ４．５．４ 石墨烯衍生物的增強拉曼散射效應(yīng)４．６ 本章小結(jié)參考文獻第5章 石墨烯的晶格與電子結(jié)構(gòu)表征５．１ 低能透射電子顯微學 �。担保� 低能透射電子顯微鏡及其成像 ５．１．２ 透射電子顯微鏡中的電子衍射 �。担保� 透射電子顯微鏡的電子能量損失譜學 ５．１．４ 石墨烯的低能透射電子顯微學成像與衍射 �。担保� 石墨烯的電子能量損失譜學５．２ 掃描隧道譜 �。担玻� 掃描隧道譜簡介 �。担玻� 本征石墨烯的掃描隧道譜表征 ５．２．３ 石墨烯邊緣態(tài)的掃描隧道譜表征５．３ 角分辨光電子能譜 �。担常� 角分辨光電子能譜簡介 ５．３．２ 石墨烯的角分辨光電子能譜表征５．４ 本章小結(jié)參考文獻第6章 石墨烯的電學性質(zhì)測量６．１ 石墨烯的電學性質(zhì) �。叮保� 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu) �。叮保� 石墨烯的輸運性質(zhì)６．２ 石墨烯導電性能的測量 �。叮玻� 石墨烯導電性能測量的基本方法和原理 ６．２．２ 石墨烯導電性能測量的實例６．３ 石墨烯載流子遷移率的測量 �。叮常� 石墨烯場效應(yīng)遷移率的測量 �。叮常� 石墨烯霍爾遷移率的測量６．４ 石墨烯的新奇電學性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與測量６．５ 本章小結(jié)參考文獻第7章 石墨烯的熱學性質(zhì)測量７．１ 石墨烯中聲子散射與導熱機理７．２ 石墨烯熱學性質(zhì)的理論模擬７．３ 石墨烯熱學性質(zhì)的實驗測量 �。罚常� 石墨烯的熱膨脹系數(shù)及其測量方法 ７．３．２ 石墨烯的接觸熱阻及其測量方法 �。罚常� 石墨烯的熱導率及其測量方法７．４ 石墨烯薄膜材料的熱導率研究 �。罚矗� 單層石墨烯的熱導率研究 ７．４．２ 少層石墨烯的熱導率研究７．５ 石墨烯宏觀材料的熱導率研究 �。罚担� 石墨烯宏觀材料的面內(nèi)熱導率研究 ７．５．２ 石墨烯宏觀材料的豎直熱導率研究７．６ 本章小結(jié)參考文獻第8章 石墨烯的力學性質(zhì)表征８．１ 石墨烯力學性質(zhì)的理論分析８．２ 石墨烯主要力學性質(zhì)的實驗表征 �。福玻� 原子力顯微鏡納米壓痕法 �。福玻� 拉曼光譜法 �。福玻� 微橋法８．３ 石墨烯的其他力學性質(zhì) ８．３．１ 剪切性能 �。福常� 彎曲性能 �。福常� 摩擦性能８．４ 缺陷對石墨烯力學性質(zhì)的影響 �。福矗� 石墨烯中缺陷類型 �。福矗� 石墨烯的裂紋失效機制８．５ 三維石墨烯的力學性質(zhì) �。福担� 三維石墨烯的超彈性 �。福担� 三維石墨烯的超強力學８．６ 石墨烯基納米復合材料的力學性質(zhì) ８．６．１ 石墨烯基納米復合材料的力學表征方法 �。福叮� 石墨烯尺寸對納米復合材料力學性質(zhì)的影響 ８．６．３ 石墨烯取向?qū){米復合材料力學性質(zhì)的影響８．７ 本章小結(jié)參考文獻第9章 粉體石墨烯的物理化學性能表征 ９．１ 元素分析 �。梗保� 基于氣相色譜的元素分析法 �。梗保� 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 �。梗保� 犡射線光電子能譜法９．２ 晶體結(jié)構(gòu)及層間距的表征 �。梗玻� X射線衍射技術(shù) ９．２．２ 氧化還原對粉體石墨烯晶體結(jié)構(gòu)的影響 �。梗玻� 石墨烯表面化學改性對層間距的影響９．３ 比表面積測定 ９．３．１ BET法簡介 �。梗常� 多孔石墨烯微觀孔結(jié)構(gòu)分析９．４ 熱穩(wěn)定性分析 �。梗矗� 熱重分析法簡介 �。梗矗� 粉體石墨烯的熱穩(wěn)定性研究 ９．４．３ 聚合物表面接枝改性對粉體石墨烯熱力學的影響９．５ 在溶劑中的分散性能表征 �。梗担� Zeta電位的表征方法 �。梗担� 表（界）面張力９．６ 本章小結(jié)參考文獻10章 石墨烯其他物性的表征１０．１ 石墨烯的非線性光學性質(zhì)表征 １０．１．１ 非線性光學性質(zhì)及表征 �。保埃保病∈┑目娠柡臀占氨碚鳌 。保埃保� 石墨烯的非線性折射率及表征１０．２ 石墨烯的表面等離激元效應(yīng)及表征 �。保埃玻� 石墨烯的表面等離激元效應(yīng) �。保埃玻� 石墨烯的表面等離激元表征１０．３ 石墨烯的磁學性質(zhì)表征 １０．３．１ 摻雜及含缺陷石墨烯的磁性及表征 �。保埃常� 石墨烯基異質(zhì)結(jié)的磁性及表征 １０．３．３ 扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的磁性及表征１０．４ 石墨烯的電化學表征 �。保埃矗� 石墨烯電極構(gòu)筑 １０．４．２ 電化學測試體系 �。保埃矗� 石墨烯的雙電層電容及表征 １０．４．４ 石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移性質(zhì)及表征１０．５ 石墨烯的滲透性表征 �。保埃担� 本征石墨烯的滲透性表征 �。保埃担� 多孔石墨烯的滲透性表征 �。保埃担� 氧化石墨烯的滲透性表征１０．６ 本章小結(jié)參考文獻11章 總結(jié)與展望索引
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