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编辑推荐

适读人群 ：本书可供从事纳米碳和相关领域研究与产业工作的科技人员和高等院校师生参考。
纳米碳的分析和表征技术是获得相关材料重要结构、成分及形貌等信息的主要手段，是纳米材料研究不可或缺的。要求相关研究人员在表征领域有较广的知识面，有较深的造诣。目前，国内缺乏系统阐述纳米碳材料的结构、性质、制备和应用及其表征方法的相关书籍。本书系统阐述了纳米碳材料的结构、性质、制备和应用及表征方法，并包含重要参考文献索引的书籍，必定会对从事这一领域工作的科技人员有所帮助。
目前未见有同类书籍出版，著者希望本书能填补这个空缺。

内容简介

本书首先简单介绍碳的各种同素异形体的分类、结构和性质。随后是本书的主要内容,阐述各类纳米碳,主要包括石墨烯、富勒烯、碳纳米管和碳量子点的结构、性质、表征、制备方法和应用。纳米碳的表征方法和相关技术是本书的重要内容,本书对每种纳米碳材料的结构和主要性能都详细阐述相应的表征方法,举以实例,为读者提供有效的研究建议。书中列出大量参考文献,可供读者作延伸阅读。
本书可供从事纳米碳和相关领域研究与产业工作的科技人员和高等院校师生参考。

内页插图

目录

第1章　碳的同素异形体 1
1.1 碳的同素异形体 1
1.2 纳米碳 5
参考文献 7
第2章　石墨烯 8
2.1 石墨烯的结构 8
2.2 石墨烯的性质 9
2.2.1 物理性质 9
2.2.2 化学性质 11
2.3 石墨烯的表征 12
2.3.1 拉曼光谱术 12
2.3.2 电子显微像、电子衍射花样和能量损失谱术 24
2.3.3 原子力显微术和扫描隧道显微术 29
2.3.4 光学显微术 35
2.3.5 元素分析 38
2.4 石墨烯的制备 41
2.4.1 剥离法 41
2.4.2 外延生长法 45
2.4.3 化学气相沉积法 48
2.4.4 氧化还原法 55
2.5 石墨烯的应用 58
2.5.1 石墨烯在复合材料中的应用 58
2.5.2 石墨烯在电子学和电学相关领域的应用 75
2.5.3 石墨烯在生物医学领域的应用 76
参考文献 77
第3章　富勒烯 84
3.1 概述 84
3.1.1 C60的意外发现 84
3.1.2 形状与几何 85
3.1.3 天然存在的富勒烯 86
3.2 富勒烯的结构及制备 87
3.2.1 结构与稳定性 87
3.2.2 富勒烯的分类 89
3.2.3 C60的制备方法 90
3.2.4 富勒烯的形成机理 92
3.3 富勒烯的性质 93
3.3.1 物理性质 93
3.3.2 化学性质 95
3.4 富勒烯及其衍生物的应用 96
3.4.1 医学方面的应用 96
3.4.2 光电材料应用 97
3.4.3 超导材料应用 98
3.4.4 电化学传感器 98
3.4.5 催化性能应用 99
3.5 富勒烯的表征 99
3.5.1 质谱分析 99
3.5.2 紫外-可见-近红外吸收光谱 101
3.5.3 红外光谱 102
3.5.4 拉曼光谱 103
3.5.5 X射线衍射法 104
3.5.6 13C核磁共振谱 105
3.5.7 电子显微术和扫描隧道显微术 107
3.5.8 高能光谱技术 107
参考文献 108
第4章　碳纳米管 113
4.1 概述 113
4.2 碳纳米管的基本结构 113
4.3 碳纳米管的基本性质 117
4.3.1 力学性质 117
4.3.2 电学性质 119
4.3.3 热学性质 120
4.3.4 光学性质 120
4.3.5 化学性质 120
4.3.6 碳纳米管的毒性问题 124
4.4 碳纳米管的表征 124
4.4.1 拉曼光谱术 124
4.4.2 碳纳米管形变的拉曼光谱行为 130
4.4.3 电子显微术 135
4.4.4 电子衍射术和中子衍射术 141
4.4.5 扫描探针显微术 143
4.5 碳纳米管的制备和纯化 146
4.5.1 碳纳米管的制备 146
4.5.2 碳纳米管的纯化 151
4.6 碳纳米管/聚合物复合材料及其界面行为 152
4.6.1 概述 152
4.6.2 纳米管的分散和复合材料的制备 153
4.6.3 碳纳米管/聚合物复合材料的界面行为 158
4.6.4 力学性质的测量 168
4.6.5 碳纳米管的取向 169
4.7 碳纳米管传感器 173
4.7.1 拉曼力学传感器 173
4.7.2 气体传感器 174
4.7.3 生物和物理传感器 174
4.8 碳纳米管针尖 175
4.9 碳纳米管的其他应用 177
参考文献 177
第5章　碳量子点的制备、性质和应用 187
5.1 前言 187
5.2 碳量子点的制备方法 188
5.2.1 电弧放电法 188
5.2.2 激光剥离(刻蚀) 法 189
5.2.3 电化学氧化法 190
5.2.4 化学氧化法 190
5.2.5 水热法 191
5.2.6 微波辅助法 192
5.2.7 溶液化学法 192
5.2.8 燃烧法 192
5.3 碳量子点的基本性质 193
5.3.1 结晶性质 193
5.3.2 光学性质 193
5.3.3 低毒性和生物相容性 197
5.4 碳量子点的化学修饰 197
5.4.1 表面钝化及发光调控 197
5.4.2 CQDs的功能化 198
5.5 碳量子的应用 199
5.5.1 生物领域 199
5.5.2 光催化应用 204
5.6 表征手段 204
5.6.1 常用方法 204
5.6.2 微观结构表征 205
5.6.3 化学结构表征 208
5.6.4 生物成像表征 209
参考文献 211
第6章　表征技术 219
6.1 概述 219
6.2 高能电子流与试样物质的相互作用 221
6.3 透射电子显微术 222
6.3.1 概述 222
6.3.2 仪器和工作模式 223
6.3.3 图像衬度形成机制 227
6.3.4 像差校正术 233
6.3.5 断层成像术 234
6.3.6 选区电子衍射 235
6.3.7 试样制备技术 236
6.4 扫描电子显微术 238
6.4.1 概述 238
6.4.2 扫描电镜的成像原理和结构 239
6.4.3 SEM 中检测的各种信号的性质 241
6.4.4 结构细节、分辨率和衬度 243
6.4.5 图像衬度机制 246
6.4.6 试样准备 249
6.5 拉曼光谱术 250
6.5.1 拉曼光谱术的适用范围 250
6.5.2 拉曼散射和拉曼光谱 251
6.5.3 仪器和主要技术 256
6.5.4 拉曼光谱的噪声及其减除 261
6.5.5 试样准备和安置 264
6.6 扫描探针显微术 265
6.6.1 概述 265
6.6.2 扫描隧道显微术 266
6.6.3 AFM 的主要功能 267
6.6.4 AFM 的成像原理和仪器学 269
6.6.5 AFM 的操作模式和成像模式 273
6.6.6 纳米碳的AFM 表征实例 278
6.7 多方法联用术 279
6.7.1 概述 279
6.7.2 拉曼光谱术与AFM 的联合 280
6.7.3 拉曼光谱术与SEM 的联合 287
6.7.4 SEM-SCA系统 288
6.7.5 拉曼光谱术与红外光谱术的联合 291
6.7.6 AFM/IR-ATR系统 292
6.7.7 AFM 和TEM 的联合应用 293
参考文献 294

前言/序言

世界上95%以上的化合物是碳化合物, 碳及其化合物的研究历来受到重视。自从2004年发现石墨烯以来, 由于其优异的力学、电子学和物理学性质以及在广泛领域巨大的应用价值, 对包括石墨烯、富勒烯、碳纳米管和碳量子点在内的纳米碳材料的研究和产业化掀起了一个新的高潮。科学家们正在努力探索这些具有纳米尺度的、能够单独存在的各种碳同素异形体的结构、性能和制备方法以及未来的应用领域, 迄今方兴未艾, 成为当前国内外对新材料研究的热点。各国都投入大量人力物力, 研究成果丰硕, 每天都有大量研究和评述论文分散发表于各不同领域的学报上,亦有大量专利申报。编著者确信一本系统阐述纳米碳材料的结构、性质、制备和应用及表征方法, 并包含重要参考文献索引的书籍, 对从事这一领域工作的科技人员显然会有帮助。目前未见有同类书籍出版, 编著者希望本书能填补这个空缺。本书对每种纳米碳材料的结构和主要性能都详细阐述相应的表征方法, 举以实例, 为读者提供有效的研究建议, 也给出可供参考的相关文献。本书还详述适用于碳纳米材料表征的主要实验技术, 包括在纳米碳研究中能发挥重要作用的、最新发展起来的多方法联用技术。
本书共分6章。第1章叙述碳同素异形体的分类, 简要介绍石墨、金刚石、无定形碳和卡宾碳的基本结构和性质, 纳米碳除了石墨烯、碳纳米管、碳量子点和富勒烯以外的其他构型。第2章涉及石墨烯, 是本书的重点内容。石墨烯被认为是其他纳米碳的基本结构单元。本章阐述石墨烯的原子结构、基本物理性质和化学性质、主要制备方法以及石墨烯的潜在应用(着重于石墨烯复合材料领域的应用)。石墨烯的表征是本章的重要组成部分, 涉及结构(原子结构、缺陷和无序、层数、边缘手性、功能化和元素分析等) 和力学性质的表征。第3章是有关零维碳富勒烯的概况,主要介绍了C60的发现、富勒烯的结构性能和表征, 特别突出了富勒烯的球形结构的表征技术。第4章阐述一维碳纳米管的基本结构和性质、纳米管的制备和纯化以及纳米管的应用。在表征方面, 除了结构表征外, 用较大的篇幅阐述碳纳米管力学性能的表征。碳纳米管/聚合物复合材料是碳纳米管应用的重要方面, 占用了本章较大的篇幅, 着重于界面微观力学的分析。本章最后阐述了碳纳米管在传感器领域的应用。第5章涉及准零维碳量子点, 除了基本结构和性质外, 着重于在生物医学领域中的应用。表征方面更加侧重近期的先进技术, 特别对纳米边缘原子结构、生物成像等进行了实例探讨。第6章叙述纳米碳研究的主要近代物理表征方法, 着重适用于纳米碳的各种技术、实例, 最后一节为多方法联用技术, 是近年才得以快速发展的表征技术, 能获得单一方法无法测得的资料, 特别适用于纳米碳的研究。本书第3章和第5章由吴琪琳撰写, 其余各章由杨序纲完成。
本书内容力求新颖, 取材着重于前沿研究和最新应用成果。各章节都列出大量参考文献, 可供读者对相关课题作延伸阅读。
本书涉及的学科领域较为广泛, 编著者学识有限, 书中难免存在不当之处, 编著者在此预先感谢来自读者的批评指正。
本书得到上海市教育委员会重点创新项目(14zz069) 的支持。
本书编著过程中得到阎捷、卞昂、杨颖宇、王依民和张秀萍等老师的鼓励和支持, 在此深表谢意。撰写过程中, 研究生程朝歌、史燕妮及李敏等协助完成了文献检索整理及图表设计, 在此也一并表示感谢。
编著者深切感谢化学工业出版社对本书得以出版给予的支持。

编著者
2016.6

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