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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 二维原子晶体材料概述 4

1.3 本章小结 8

参考文献 9

第2章 石墨烯二维原子晶体材料和器件 11

2.1 引言 11

2.1.1 石墨烯的发现 12

2.1.2 石墨烯的结构特点 13

2.2 石墨烯的基本物理性质 14

2.2.1 光学性质 14

2.2.2 电学性质 15

2.2.3 磁学性质 18

2.2.4 热学性质 21

2.2.5 力学性质 22

2.3 石墨烯的制备 23

2.3.1 机械剥离法 24

2.3.2 SiC外延生长法 25

2.3.3 氧化还原法 27

2.3.4 液相剥离法 30

2.3.5 化学气相沉积法 31

2.3.6 其他制备方法 36

2.4 石墨烯的表征 36

2.4.1 光学显微镜 36

2.4.2 拉曼光谱 38

2.4.3 扫描电子显微镜 39

2.4.4 透射电子显微镜 40

2.4.5 原子力显微镜 42

2.5 石墨烯器件应用 43

2.5.1 场效应晶体管 43

2.5.2 光电探测器 46

2.5.3 太阳能电池 51

2.5.4 气体传感器 53

2.5.5 能量储存和转换器件 55

2.6 石墨烯在航空航天领域的应用 59

2.7 本章小结 61

参考文献 61

第3章 二维过渡金属硫属化合物原子晶体材料和器件 68

3.1 引言 68

3.2 TMDCs的晶体结构 68

3.3 TMDCs的基本物理性质 70

3.3.1 电学性能 70

3.3.2 光学性能 72

3.3.3 力学性能 74

3.3.4 热学性能 74

3.4 TMDCs制备方法 75

3.4.1 机械剥离法 75

3.4.2 液相剥离法 76

3.4.3 化学气相沉积法 77

3.4.4 电化学沉积法 81

3.4.5 分子束外延法 82

3.5 2D TMDCs电子器件应用 83

3.5.1 场效应晶体管 83

3.5.2 双极性晶体管 89

3.5.3 太阳能电池 91

3.5.4 发光二极管 93

3.5.5 光电探测器 94

3.5.6 激光器 96

3.6 2D TMDCs能量转换器件和存储器件应用 97

3.6.1 能量转换器件 98

3.6.2 可充电能量储存器件 102

3.6.3 微型能源器件 107

3.7 本章小结 108

参考文献 108

第4章 黑磷二维原子晶体材料和器件 127

4.1 引言 127

4.2 黑磷的晶体结构特征 128

4.3 黑磷的基本物理性质 130

4.3.1 黑磷的电学性质 130

4.3.2 黑磷的光学性质 132

4.3.3 黑磷的磁学性质 135

4.3.4 黑磷的热学性质 136

4.3.5 黑磷的力学性质 137

4.4 黑磷的制备方法 137

4.4.1 体相黑磷的制备 137

4.4.2 二维黑磷的制备 138

4.5 黑磷的器件应用 143

4.5.1 黑磷的电输运 143

4.5.2 黑磷光电器件 144

4.5.3 黑磷场效应晶体管 148

4.5.4 黑磷存储器 151

4.5.5 黑磷生化传感器 152

4.5.6 黑磷能量转换器件 154

4.6 本章小结 156

参考文献 156

第5章 硼基二维原子晶体材料和器件 170

5.1 引言 170

5.2 硼烯的研究历程 170

5.2.1 硼团簇 172

5.2.2 硼烯的结构 174

5.3 硼烯的性质 180

5.3.1 二维硼的电学性质 180

5.3.2 二维硼的磁学性质 182

5.3.3 二维硼的光学性质 183

5.3.4 二维硼的力学性能 184

5.3.5 二维硼的化学性能 184

5.4 硼烯的制备 185

5.4.1 硼纳米结构的制备 185

5.4.2 硼烯的制备方法 186

5.5 硼烯的潜在应用 189

5.5.1 二维硼在光电器件方面的应用 189

5.5.2 二维硼在能量存储与转换器件方面的应用 190

5.5.3 二维硼的其他应用 192

5.6 本章小结 192

参考文献 193

第6章 其他二维原子晶体材料 202

6.1 引言 202

6.2 单元素二维原子晶体 202

6.2.1 硅烯 202

6.2.2 锗烯 207

6.2.3 锡烯 211

6.2.4 砷烯、锑烯和铋烯 213

6.3 双元素二维原子晶体 215

6.3.1 六方氮化硼 215

6.3.2 六方结构氮化碳 220

6.4 本章小结 225

参考文献 225

常用物理常数表 235