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第1章 碳纳米材料简介1

1.1 碳元素1

1.2 碳纳米材料2

1.2.1 富勒烯2

1.2.2 碳纳米管3

1.2.3 石墨烯4

参考文献6

第2章 石墨烯的发现、基本结构和性质7

2.1 石墨烯的发现和历史7

2.2 石墨烯的基本结构和性质8

2.2.1 石墨烯的电子性质和能带结构9

2.2.2 电荷传输性质10

2.2.3 石墨烯的光学性质10

2.2.4 石墨烯的热导性质10

2.2.5 石墨烯的力学性质11

2.2.6 石墨烯的透气性11

2.2.7 石墨烯的重要化学性质11

2.3 石墨烯的合成制备方法12

2.3.1 机械剥离法12

2.3.2 外延生长法13

2.3.3 化学气相沉积法13

2.3.4 化学剥离法13

2.3.5 化学合成法14

2.4 石墨烯的检测和分析方法14

2.4.1 光学显微镜15

2.4.2 拉曼光谱16

2.4.3 原子力显微镜和透射电子显微镜16

2.4.4 X射线衍射16

2.5 石墨烯的重要应用前景17

2.5.1 电子器件17

2.5.2 透明（柔性）电极18

2.5.3 超级电容器和锂电池材料18

2.5.4 加强型复合材料19

参考文献19

第3章 石墨烯的制备方法21

3.1 机械剥离法21

3.1.1 微机械剥离法21

3.1.2 转移印刷法23

3.1.3 液相超声剥离法24

3.1.4 其他机械剥离法25

3.2 SiC外延生长法26

3.3 化学气相沉积法28

3.3.1 热CVD技术31

3.3.2 等离子体增强CVD（PECVD）技术及无金属催化剂合成方法36

3.3.3 偏析生长方法38

3.4 化学氧化还原法40

3.4.1 制备氧化石墨（烯）40

3.4.2 还原氧化石墨（烯）42

3.5 电弧放电法43

3.6 “自下而上”有机合成法45

3.7 石墨烯合成的其他方法48

3.7.1 电化学法48

3.7.2 模板法48

3.7.3 CO还原法49

3.8 石墨烯纳米带的合成方法49

3.8.1 剪切石墨烯制备石墨烯纳米带51

3.8.2 切割碳纳米管制备石墨烯纳米带53

3.8.3 有机合成法55

3.8.4 其他合成方法56

3.8.5 碳纳米管内合成石墨烯纳米带59

参考文献60

第4章 石墨烯在微电子方面的研究及应用69

4.1 石墨烯电子结构与特性70

4.1.1 石墨烯电子结构70

4.1.2 石墨烯电学特性72

4.1.3 石墨烯带隙调控74

4.2 石墨烯晶体管80

4.2.1 场效应管原理及进展80

4.2.2 石墨烯与场效应管有关的一些特性82

4.2.3 石墨烯场效应管结构86

4.2.4 石墨烯场效应管的发展与现状86

4.2.5 石墨烯场效应管展望98

4.3 石墨烯集成电路和存储器件99

4.3.1 石墨烯集成电路100

4.3.2 石墨烯存储器103

参考文献104

第5章 石墨烯在透明电极方面的研究及应用109

5.1 引言109

5.2 石墨烯透明电极的制备110

5.2.1 基于氧化石墨烯还原的透明电极110

5.2.2 基于石墨烯杂化材料的透明电极116

5.2.3 基于化学气相沉积法的石墨烯透明电极118

5.3 石墨烯透明电极的应用122

5.3.1 石墨烯透明电极在有机太阳能电池中的应用122

5.3.2 石墨烯透明电极有机发光二极管中的应用131

5.3.3 石墨烯透明电极在其他器件中的应用135

5.4 结论与展望139

参考文献139

第6章 石墨烯在有机光电器件方面的研究及应用143

6.1 引言143

6.2 石墨烯作为界面层材料在有机光电器件中的应用143

6.3 石墨烯作为活性材料在有机光电器件中的应用156

6.4 石墨烯作为背电极在光敏电池中的应用165

6.5 石墨烯在其他光电器件中的应用169

参考文献174

第7章 石墨烯在超级电容器方面的研究及应用179

7.1 超级电容器的组成和结构180

7.2 超级电容器的发展181

7.2.1 双电层超级电容器182

7.2.2 赝电容超级电容器182

7.2.3 非对称超级电容器183

7.3 基于石墨烯的超级电容器183

7.3.1 石墨烯电极材料的制备183

7.3.2 基于石墨烯的双电层超级电容器184

7.3.3 基于石墨烯的赝电容超级电容器204

7.3.4 基于石墨烯的非对称超级电容器219

7.3.5 基于石墨烯的超级电容器展望220

参考文献221

第8章 石墨烯在多功能复合材料方面的研究及应用230

8.1 石墨烯的功能化研究231

8.1.1 石墨烯的共价键功能化231

8.1.2 石墨烯的非共价键功能化235

8.2 石墨烯／聚合物纳米复合材料238

8.2.1 石墨烯／聚合物复合材料的制备方法239

8.2.2 石墨烯／聚合物复合材料的机械性能242

8.2.3 石墨烯／聚合物复合材料的电学性能246

8.2.4 石墨烯／聚合物复合材料的光学性质250

8.2.5 石墨烯／聚合物复合材料的热性能255

8.3 石墨烯／无机纳米复合材料257

8.3.1 基于石墨烯的碳／碳纳米复合材料257

8.3.2 石墨烯与金属及其化合物复合材料263

参考文献265

第9章 石墨烯在生物医学方面的研究及应用270

9.1 石墨烯在生物医药方面的应用270

9.1.1 石墨烯的化学修饰271

9.1.2 石墨烯在药物和基因输送中的应用276

9.1.3 石墨烯在生物医药方面的其他应用280

9.1.4 石墨烯的毒性284

9.1.5 结论与展望286

9.2 石墨烯在生物传感器方面的应用287

9.2.1 生物活性物质在石墨烯表面的直接电子转移289

9.2.2 石墨烯在生物小分子检测中的应用293

9.2.3 基于石墨烯的免疫传感器304

9.2.4 石墨烯在基因检测中的应用314

9.2.5 结论与展望323

参考文献323

第10章 石墨烯在其他方面的研究和应用331

10.1 化学传感器331

10.2 在催化反应中的应用334

10.2.1 石墨烯／氧化石墨作为催化剂载体334

10.2.2 石墨烯／氧化石墨烯作为催化剂339

10.3 气体储存材料345

10.4 石墨烯筛子347

参考文献350