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第1章 石墨烯简介 1

1.1 石墨烯：历史和背景 1

1.2 石墨烯的属性 3

1.2.1 电荷输运性能 4

1.2.2 量子霍尔效应 10

1.2.3 光学性能 11

1.2.4 力学性能 14

1.2.5 热力学性能 15

参考文献 16

第2章 石墨烯的合成 25

2.1 引言 25

2.2 机械剥离法 25

2.3 机械剥离法的替代方法 28

2.3.1 化学方法 29

2.3.2 全有机合成法 30

2.3.3 沉积法 31

2.3.4 热分解法 36

2.3.5 其他基底上的热分解法 37

2.3.6 多壁碳纳米管展开法 37

2.3.7 电化学合成法 38

2.3.8 其他可用方法 40

参考文献 40

第3章 石墨烯的表征 47

3.1 石墨烯层的光学成像 47

3.2 荧光猝灭技术 48

3.3 原子力显微镜 50

3.4 透射电子显微镜 50

3.5 拉曼光谱 54

3.6 电化学表征 55

参考文献 58

第4章 石墨烯基材料在气体传感器中的应用 61

4.1 石墨烯基材料用作气体传感器 61

4.1.1 通过插入掺杂剂或缺陷来提升石墨烯的气体检测性能 67

4.1.2 分子-石墨烯体系的态密度 74

4.1.3 石墨烯吸附气体分子时的I-V曲线 75

4.1.4 实际应用中的问题 77

4.2 石墨烯作为膜材料用于气体分离过程 78

参考文献 87

第5章 石墨烯基材料在生物传感及储能方面的应用 92

5.1 石墨烯基电化学生物传感器 92

5.1.1 石墨烯基酶生物传感器 92

5.1.2 石墨烯-DNA生物传感器 93

5.1.3 用于重金属离子检测的石墨烯传感器 95

5.1.4 石墨烯用于DNA分子的快速排序 96

5.2 石墨烯在储能方面的应用 102

5.2.1 基于石墨烯的透明电极 102

5.2.2 基于石墨烯的超级电容器 102

5.2.3 用于燃料电池中氧还原反应的氮掺杂石墨烯 109

参考文献 114

第6章 石墨烯基材料的光激发和光电应用 124

6.1 简介 124

6.2 线性光吸收 126

6.3 饱和吸收 127

6.4 发光 128

6.5 透明导体 129

6.6 光伏器件 130

6.7 光发射器件 132

6.8 光电探测器 133

6.9 触摸屏 134

6.10 柔性智能窗和双稳态显示器 136

6.11 可饱和吸收器和超快激光器 137

6.12 光限幅器 140

6.13 光频转换器 140

6.14 太赫兹器件 141

参考文献 141

名词术语表 149