石墨烯：基础及新兴应用PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 关于本书 2

参考文献 3

第2章 石墨烯及类似物的原子结构 4

2.1 石墨烯 4

参考文献 8

2.2 双层、三层及少层石墨烯 10

参考文献 11

2.3 石墨烯与碳纳米管之间的关系 12

参考文献 15

2.4 其他层状二维晶体 17

2.4.1 引言 17

2.4.2 氮化硼纳米片层 18

2.4.3 过渡金属二硫化物 20

2.4.4 过渡金属氧化物 23

2.4.5 硅烯 24

2.4.6 石墨烯氧化物和还原石墨烯氧化物 27

2.4.7 石墨烷和氟化石墨烯 29

参考文献 30

2.5 纳米结构的石墨烯 35

2.5.1 引言 35

2.5.2 通过刻蚀技术实现石墨烯的图案化 36

2.5.3 石墨烯的声化学切割 40

2.5.4 通过各向异性选择性刻蚀的对石墨烯进行晶体学结构化 41

2.5.5 通过“拉开”碳纳米管来制备石墨烯纳米带 44

2.5.6 自下而上地制备石墨烯纳米结构 46

参考文献 48

第3章 石墨烯的性质 52

3.1 电学性质 52

3.1.1 引言 52

3.1.2 石墨烯的能带结构 52

3.1.3 石墨烯输运实验 54

参考文献 59

3.2 石墨烯的化学性质 62

3.2.1 引言 62

3.2.2 石墨烯的共价官能化 63

3.2.3 石墨烯的非共价官能化 68

3.2.4 总结 70

参考文献 71

3.3 石墨烯的电子自旋性质 73

3.3.1 引言 73

3.3.2 石墨中的自旋和磁性 74

3.3.3 石墨烯中的自旋和磁性 75

3.3.4 总结 81

参考文献 81

3.4 石墨烯的力学性质 83

3.4.1 弹性性能和本征强度 83

3.4.2 石墨烯的黏附、撕裂和爆裂 86

3.4.3 缺陷和结构修饰对力学性质的影响 86

3.4.4 石墨烯衍生物 87

3.4.5 石墨烯基复合材料 92

参考文献 93

3.5 石墨烯的热学性质 95

3.5.1 热导率 96

参考文献 104

第4章 石墨烯的制备方法 107

4.1 机械剥离 107

4.1.1 机械剥离方法简介 107

4.1.2 微机械剥离法 108

4.1.3 机械剥离石墨 110

4.1.4 机械碾磨石墨 111

4.1.5 总结 111

参考文献 112

4.2 化学剥离 113

4.2.1 化学剥离法简介 113

4.2.2 化学剥离法综述 114

4.2.3 不同类型的石墨 122

4.2.4 不同类型的溶剂 122

4.2.5 不同类型的超声 123

4.2.6 如何表征化学剥离的石墨烯 124

4.2.7 其他二维晶体 126

4.2.8 总结 126

参考文献 126

4.3 还原石墨烯氧化物 128

4.3.1 石墨烯氧化物 128

4.3.2 石墨烯氧化物的化学还原 130

4.3.3 石墨烯氧化物的热处理 131

4.3.4 石墨烯氧化物的电化学还原 132

4.3.5 总结 133

参考文献 134

4.4 由分子前驱体自下而上合成石墨烯 135

4.4.1 引言 135

4.4.2 溶液法 136

4.4.3 溶液化方法 136

4.4.4 溶剂热合成法和声波降解法 137

4.4.5 化学热方法 138

4.4.6 石墨烯氧化物纳米片的自组装 141

参考文献 141

4.5 使用催化金属的化学气发沉积 143

4.5.1 引言 143

4.5.2 化学气相沉积（CVD）基础 144

4.5.3 基底的选择 144

4.5.4 基底的前处理 145

4.5.5 在镍和铜上生长石墨烯 146

4.5.6 早期生长 149

4.5.7 氢气在CVD反应中的作用 152

4.5.8 石墨烯-其他金属和合金 152

4.5.9 偏析方法 153

参考文献 154

4.6 在非金属上CVD合成石墨烯 157

4.6.1 引言 157

4.6.2 非金属作为催化剂时需要考虑的问题 158

4.6.3 非金属作为催化剂用于石墨烯的CVD法生长 158

4.6.4 金属辅助方法 161

4.6.5 非金属催化剂制备碳纳米墙（直立的石墨烯） 162

4.6.6 等离子增强CVD的基础 163

4.6.7 纳米墙或纳米片的制备 163

4.6.8 无基底PECVD制备石墨烯片 164

4.6.9 在表面用固体碳源制备石墨烯 164

参考文献 166

4.7 在SiC上外延生长石墨烯 169

4.7.1 引言 169

4.7.2 反应方案 170

4.7.3 成核和生长 171

4.7.4 在SiC（0001）面外延生长石墨烯 171

4.7.5 面对面生长 172

4.7.6 激光诱导生长外延石墨烯 173

4.7.7 在SiC（0001）面外延生长石墨烯 174

4.7.8 通过SiC的分子束外延生长石墨烯 175

4.7.9 在立方SiC/Si晶片上制备石墨烯 176

4.7.10 通过SiOx的碳热还原制备石墨烯 176

4.7.11 以SiC／金属混合体系制备石墨烯 176

参考文献 177

4.8 石墨烯的转移 179

4.8.1 引言 179

4.8.2 将机械剥离的石墨烯转移至任意基底上 179

4.8.3 将金属上以CVD法生长的石墨烯转移至任意基底上 181

4.8.4 转移SiC上生长的石墨烯 184

4.8.5 任意基底上生长的石墨烯的通用转移法 186

4.8.6 总结 187

参考文献 187

第5章 表征技术 189

5.1 光学显微术 189

参考文献 195

5.2 拉曼光谱学 196

参考文献 201

5.3 扫描电子显微技术 203

参考文献 208

5.4 透射电子显微镜 209

5.4.1 引言 209

5.4.2 原子分辨成像和原子尺度光谱 210

5.4.3 表面污染 212

5.4.4 通过（S）TEM检测石墨烯层数 214

5.4.5 石墨烯缺陷的表征 217

5.4.6 石墨烯边缘的表征 222

5.4.7 石墨烯的TEM原位操纵 225

参考文献 226

5.5 电子衍射 230

5.5.1 引言 230

5.5.2 通过电子衍射确定层数 231

5.5.3 观察石墨烯的形貌 233

5.5.4 堆垛顺序的判断和旋转堆垛层错的鉴别 235

5.5.5 低能电子衍射 239

参考文献 241

5.6 扫描隧道显微镜 243

5.6.1 扫描隧道显微镜简介 243

5.6.2 石墨的STM研究 244

5.6.3 金属基底上石墨烯的STM研究 245

5.6.4 绝缘基底上石墨烯的STM研究 250

5.6.5 总结 251

参考文献 252

5.7 原子力显微镜 254

5.7.1 引言 254

5.7.2 不同表面上的石墨烯 256

5.7.3 石墨烯氧化物的AFM研究 258

5.7.4 AFM作为研究和设计物理性质的工具 258

参考文献 263

5.8 霍尔迁移率和场效应迁移率 264

5.8.1 霍尔效应 264

5.8.2 石墨烯的霍尔迁移率的测定 265

5.8.3 石墨烯场效应迁移率的测定 267

5.8.4 迁移率最大化 268

5.8.5 总结 271

参考文献 272

第6章 石墨烯的应用 274

6.1 电子器件 274

6.1.1 引言 274

6.1.2 金属氧化物半导体场效应晶体管 274

6.1.3 石墨烯MOSFET 276

6.1.4 打开带隙 277

6.1.5 应变工程带隙 278

6.1.6 电场诱导双层石墨烯产生带隙 278

6.1.7 石墨烯纳米带 278

6.1.8 其他技术 279

6.1.9 迁移率的优化 279

6.1.10 沉积高-k栅极绝缘层从而实现低金属接触 280

6.1.11 石墨烯用于CMOS中的可行性 281

6.1.12 射频电子器件 281

6.1.13 新型场效应晶体管的设计 282

6.1.14 气体传感器 283

6.1.15 计量学与欧姆的定义 283

参考文献 284

6.2 自旋电子学 290

6.2.1 引言 290

6.2.2 使用碳纳米管的磁致电阻 291

6.2.3 石墨烯制成的磁致电阻 294

6.2.4 总结 300

参考文献 300

6.3 透明导电电极 301

参考文献 311

6.4 石墨烯在纳机电系统中的应用 315

6.4.1 NEMS的驱动、探测和品质因数 315

6.4.2 石墨烯机电共振器 317

参考文献 324

6.5 自支撑石墨烯膜 325

6.5.1 自支撑石墨烯作为显微镜载物片 326

6.5.2 石墨烯作为电子束无催化剂制备石墨烯的模板 330

6.5.3 以自支撑的石墨烯作为亚纳米级的反式电极膜 332

6.5.4 自支撑石墨烯的渗透性 333

参考文献 334

6.6 石墨烯在能源领域的应用 336

6.6.1 石墨烯材料在超级电容器中的应用 336

6.6.2 石墨烯在电化学双层电容器中的应用 337

6.6.3 石墨烯在赝电容器中的应用 339

6.6.4 石墨烯材料在锂离子电池中的应用 341

6.6.5 石墨烯材料在燃料电池中的应用 342

6.6.6 石墨烯材料在太阳能电池中的应用 343

参考文献 345

6.7 超强石墨烯复合材料 349

6.7.1 石墨烯复合材料 350

6.7.2 非原位聚合 351

6.7.3 原位聚合 356

参考文献 357

索引 360