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圖書標籤:

• 石墨烯
• 材料科學
• 納米材料
• 物理學
• 化學
• 電子學
• 新興技術
• 應用科學
• 碳材料
• 前沿科技

店鋪： 金淵清亞圖書專營店

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030420343

商品編碼：27189885566

包裝：平裝

齣版時間：2018-03-01

圖書基本信息
圖書名稱	石墨烯：基礎及新興應用
作者	(美)傑米 H. 沃納等著;付磊
定價	150.00元
齣版社	科學齣版社有限責任公司
ISBN	9787030420343
齣版日期	2018-03-01
字數
頁碼
版次	32
裝幀	平裝
開本	32開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

石墨烯是由單層碳原子構成的理想二維原子晶體，在未來的納電子器件與集成電路、柔性電子器件、超靈敏傳感器等新型電子器件的構建中有廣闊的應用前景。本書就石墨烯的研究現狀和未來發展趨勢進行瞭全麵而深入的介紹，內容涉及石墨烯的結構和基本物理化學性質、製備技術、錶徵方法以及潛在應用。

作者簡介

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目錄

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文摘

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序言

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石墨烯：無盡潛力的材料科學新紀元 在材料科學的浩瀚星空中，石墨烯以其獨一無二的二維結構和令人驚嘆的性能，正以前所未有的速度改變著我們對物質世界的認知，並引領著一場深刻的技術革新。它並非虛無縹緲的科幻概念，而是真實存在、觸手可及的革命性材料，其基礎性質和新興應用的研究，已成為當今科學界最激動人心的前沿領域之一。 一、 石墨烯的誕生：從理論猜想到現實奇跡 石墨烯，顧名思義，是構成石墨的基本單元。它是一種由單層碳原子組成的二維晶體，這些碳原子以sp²雜化軌道連接，形成六邊形蜂窩狀點陣結構。這種看似簡單的結構，卻蘊含著令人難以置信的物理和化學特性。 其發現的故事充滿傳奇色彩。早在20世紀30年代，科學傢們就已推測齣石墨烯的存在，但由於分離它的巨大睏難，其物理性質長期未被充分研究。直到2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）兩位教授，利用普普通通的膠帶，巧妙地從石墨塊中剝離齣瞭單層石墨烯，從而揭開瞭這一神奇材料的麵紗。他們的開創性工作不僅為科學界打開瞭新視野，更榮獲瞭2010年的諾貝爾物理學奬，充分肯定瞭石墨烯研究的重大意義。 二、 石墨烯的非凡特質：性能的極緻演繹 石墨烯的魅力，源於其集多種優異性能於一身的特質，這些特質在宏觀世界中幾乎是聞所未聞的： 極緻的強度與剛度： 石墨烯是已知最強的材料之一，其楊氏模量高達1.0 TPa，比鋼材強200倍。這意味著極薄的石墨烯薄膜能夠承受巨大的壓力而不會斷裂，其強度之高，足以承受一頭大象在上麵行走而不會被壓垮。這種卓越的機械性能，為製造超輕、超堅固的復閤材料提供瞭無限可能。 卓越的導電性： 石墨烯的電導率極高，其載流子遷移率遠超矽，甚至可以與金屬媲美。在室溫下，電子在石墨烯中的運動速度接近光速，錶現齣“狄拉剋費米子”的獨特行為。這種優異的導電性，使其成為下一代電子器件、高效率傳感器和能源存儲設備的理想材料。 非凡的導熱性： 石墨烯的導熱係數也達到瞭驚人的水平，是已知導熱性最好的材料之一，遠高於金剛石。這意味著石墨烯能夠極其高效地傳遞熱量，這在散熱需求日益增長的電子産品、高性能發動機等領域具有巨大的應用潛力。 極高的比錶麵積： 理論上，單層石墨烯的理論比錶麵積高達2630平方米/剋。巨大的錶麵積賦予瞭石墨烯優異的吸附和催化性能，使其在化學傳感器、催化劑、分離膜等領域大放異彩。 獨特的電子結構： 石墨烯的電子結構使其具有零帶隙的半金屬特性，錶現齣半導體的某些性質，但又遠超傳統半導體。這種獨特的電子學特性，為開發全新的電子元器件和量子計算技術提供瞭基礎。 極高的透光性： 令人難以置信的是，即使隻有一層原子厚度，石墨烯也能實現高達97.7%的透光率，幾乎對可見光完全透明。這一特性使其非常適閤應用於透明導電薄膜、顯示屏、太陽能電池等領域。 良好的化學穩定性： 石墨烯在大多數化學環境中都錶現齣良好的穩定性，不易被氧化或腐蝕，這保證瞭其在各種嚴苛應用環境下的可靠性。 三、 石墨烯的製備：從實驗室走嚮産業化 雖然膠帶法發現瞭石墨烯，但其産量極低，不適閤大規模生産。為瞭滿足日益增長的應用需求，科學傢們開發瞭多種石墨烯製備方法，主要可以分為兩大類： 自上而下法（Top-down method）： 機械剝離法： 即海姆和諾沃肖洛夫教授使用的經典方法，雖然産量低，但可以獲得高質量的單層或少層石墨烯，適用於基礎研究。 化學氧化還原法（Hummer's method）： 這是目前最主流、成本最低的製備方法。通過強氧化劑將石墨氧化成氧化石墨，然後通過超聲剝離得到氧化石墨烯，再通過還原劑或加熱還原得到石墨烯。該方法産量大，成本低，但所得石墨烯可能存在缺陷，影響性能。 液相剝離法： 利用超聲波或高剪切力，在閤適的溶劑中將石墨剝離成石墨烯。這種方法操作簡便，易於實現連續化生産。 氣相沉積法（CVD）： 在高溫下，利用金屬催化劑（如銅、鎳）在氣相中分解碳源（如甲烷），在催化劑錶麵生長齣高質量的石墨烯薄膜。CVD法是製備大麵積、高質量石墨烯薄膜的主要手段，是實現石墨烯産業化的關鍵技術之一。 自下而上法（Bottom-up method）： 化學氣相沉積（CVD） 也屬於自下而上法。 原子層沉積（ALD）： 通過化學反應逐層沉積碳原子，生長齣高度可控的石墨烯薄膜。 有機閤成法： 利用特定的有機分子前驅體，通過化學反應構建石墨烯結構。 每種製備方法都有其優缺點，選擇哪種方法取決於目標應用的具體需求，例如對石墨烯的層數、尺寸、質量、成本等方麵的要求。 四、 石墨烯的廣闊圖景：新興應用領域的深度探索 石墨烯的非凡性能，使其在幾乎所有領域都展現齣巨大的應用潛力，正在深刻地改變著我們的生活和科技發展： 電子與信息技術： 下一代半導體器件： 石墨烯的高電子遷移率使其有望取代矽，製造更快速、更節能的晶體管，推動電子器件的小型化和高性能化。 柔性電子産品： 石墨烯的柔韌性和高導電性，使其成為製造可摺疊、可穿戴的電子産品（如柔性顯示屏、電子紙、傳感器）的理想材料。 透明導電薄膜： 石墨烯優異的導電性和透光性，使其成為替代ITO（氧化銦锡）的理想材料，用於觸摸屏、LED顯示器、太陽能電池等。 傳感器： 石墨烯對周圍環境的變化極其敏感，可以用於製造高靈敏度的氣體傳感器、生物傳感器，有望應用於環境監測、醫療診斷等領域。 能源領域： 超級電容器與電池： 石墨烯巨大的比錶麵積和優異的導電性，能夠顯著提高超級電容器的能量密度和功率密度，並作為電極材料提升鋰離子電池的充放電速率和循環壽命。 太陽能電池： 石墨烯可以作為高效的電子傳輸層，提高太陽能電池的光電轉換效率，並用於製造柔性、透明的太陽能電池。 燃料電池： 石墨烯作為催化劑載體，可以提高燃料電池的催化活性和穩定性。 復閤材料與結構工程： 高性能復閤材料： 將石墨烯添加到聚閤物、金屬、陶瓷等基材中，可以顯著提高材料的力學強度、導電性、導熱性和阻燃性，用於航空航天、汽車製造、體育器材等領域。 防腐塗層： 石墨烯的緻密結構和優異的化學穩定性，使其成為一種高效的防腐蝕屏障，可用於船舶、橋梁等基礎設施的保護。 輕質高強結構： 利用石墨烯的強度和輕質特性，可以製造更輕、更堅固的結構件，降低能耗，提高效率。 生物醫藥領域： 藥物遞送係統： 石墨烯的錶麵易於功能化，可以承載藥物分子，精確靶嚮病竈，實現高效的藥物遞送。 生物傳感器與診斷： 石墨烯的靈敏度和可生物相容性，使其成為開發新型生物傳感器和診斷工具的理想平颱。 組織工程： 石墨烯材料可以作為細胞生長的支架，促進細胞的附著、增殖和分化，為組織再生和修復提供新的可能。 抗菌材料： 研究錶明，石墨烯具有一定的抗菌活性，可用於開發抗菌塗層和醫療器械。 環境治理： 水處理與淨化： 石墨烯膜具有高孔隙率和優異的截留能力，可用於海水淡化、汙染物去除等水淨化過程。 吸附材料： 石墨烯的高比錶麵積使其成為優良的吸附劑，可用於去除水體和空氣中的汙染物。 催化劑： 石墨烯可以作為催化劑載體，用於催化各種化學反應，例如環境汙染物的分解。 五、 麵臨的挑戰與未來展望 盡管石墨烯的研究和應用取得瞭令人矚目的成就，但其産業化和廣泛應用仍麵臨一些挑戰。例如，如何實現低成本、大規模、高質量的石墨烯製備；如何解決石墨烯在基材中的均勻分散問題；如何開發標準化、規模化的石墨烯生産和應用技術；以及如何充分理解和控製石墨烯的長期環境和健康影響。 然而，隨著科學技術的不斷進步，這些挑戰正逐步被剋服。全球科研機構和企業正投入巨資進行石墨烯的研發和産業化。我們有理由相信，石墨烯將不再僅僅是一種令人驚嘆的材料，而是將深刻地改變人類社會的麵貌，引領我們走嚮一個更智能、更高效、更可持續的未來。從基礎科學的探索到新興應用的落地，石墨烯的旅程纔剛剛開始，其無盡的潛力和可能性，正等待著我們去不斷發掘和實現。

評分☆☆☆☆☆

這本書的“新興應用”部分，讓我對石墨烯在智能交通領域的貢獻充滿期待。我希望書中能夠探討石墨烯在提高電動汽車性能方麵的潛力。例如，通過將石墨烯應用於電池電極，能否顯著提升電池的能量密度和充電速度，從而緩解電動汽車的續航裏程焦慮？書中是否會介紹石墨烯如何改善電池的循環壽命和安全性？此外，我非常關注石墨烯在輕量化復閤材料方麵的應用。如果汽車零部件能夠使用石墨烯增強的復閤材料，是否能夠大幅減輕車身重量，從而提高燃油效率或電動汽車的續航能力？我希望書中能夠提供一些具體的案例，比如石墨烯在汽車輪胎、刹車片、甚至車身結構中的應用研究，以及它們在性能上的提升。我還希望看到書中對石墨烯在智能交通基礎設施方麵的展望，比如作為高效的傳感器用於交通流量監測，或者在道路材料中提升耐磨性和耐久性。

評分☆☆☆☆☆

我對書中“新興應用”部分的描述非常感興趣。我希望它能夠詳細闡述石墨烯在過濾和分離技術中的潛力。想象一下，利用石墨烯製成的超薄膜，能否實現高效、節能的水淨化和氣體分離？我希望書中能夠解釋，石墨烯的孔隙結構和錶麵化學性質如何能夠實現對特定分子的高選擇性吸附或滲透。例如，在海水淡化領域，石墨烯膜能否提供比現有反滲透膜更低的能耗和更高的産水量？在氣體分離方麵，例如二氧化碳捕獲，石墨烯是否能成為一種高效的吸附材料？書中是否會介紹相關的實驗數據和技術進展，以及在實際應用中可能遇到的挑戰，例如膜的穩定性和壽命問題？我希望書中能夠提供一些前瞻性的分析，讓我能夠看到石墨烯在解決環境問題和資源利用方麵帶來的希望。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名本身就給我一種嚴謹、權威的感覺。“正版書籍”的標識，讓我對內容的真實性和可靠性有瞭初步的信心。我希望這本書在介紹石墨烯的“基礎”知識時，能夠提供充足的理論依據和實驗證據。例如，在講解石墨烯的電子結構時，書中是否會涉及能帶理論、狄拉剋點等概念？這些概念對於理解石墨烯為何具有如此獨特的電學特性至關重要。我期待書中能夠用圖解的方式，生動地展示電子在石墨烯中的運動方式，以及它與傳統半導體材料的根本區彆。同時，對於石墨烯的力學性能，如其極高的楊氏模量和抗拉強度，書中是否會從微觀層麵進行解釋？是否會提及範德華力在層與層之間的作用，以及單層石墨烯為何能夠如此堅韌？我希望作者能夠引用一些經典實驗，比如拉曼光譜、掃描隧道顯微鏡等，來佐證這些基礎性質的發現。而且，如果書中能稍微提及一些與石墨烯相關的其他二維材料，比如氮化硼、二硫化鉬等，並與石墨烯進行對比，那將有助於更全麵地理解二維材料傢族的特點和優勢。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就帶著一股科技感，深邃的黑色背景上，仿佛有微光流轉，勾勒齣石墨烯那獨特的蜂窩狀結構。我一直對新材料充滿好奇，尤其是像石墨烯這樣被譽為“新材料之王”的物質，總覺得它蘊藏著無限可能。拿到這本書，我最期待的就是它能否深入淺齣地講解石墨烯的“基礎”部分。畢竟，任何一項革命性的技術，都離不開紮實的基礎理論支撐。我希望書中能夠詳盡地介紹石墨烯的發現曆程，那些科學傢們是如何一步步揭開它神秘麵紗的。還有它的原子結構，單層碳原子構成的二維晶體，這種極緻的薄度以及由此帶來的超乎尋常的性質，是怎樣被科學解釋的？比如它的強度、導電性、導熱性，這些“為什麼”是吸引我的核心。我希望書中能夠用清晰的圖示和易於理解的語言來解釋這些物理化學原理，避免過於晦澀的專業術語，讓我這個非專業人士也能有所領悟。如果書中能結閤一些曆史性的實驗數據或者重要的裏程碑式發現，那就更棒瞭。例如，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因為發現石墨烯而獲得諾貝爾物理學奬，他們的研究方法和思路，是否也會在書中有所體現？瞭解這些，不僅能加深對石墨烯的理解，更能激發對科學探索精神的敬意。我迫切地想知道，這些基礎知識究竟能引導我們走嚮何方。

評分☆☆☆☆☆

這本書的“新興應用”部分，讓我對未來科技發展充滿瞭遐想。我特彆關注石墨烯在生物醫學領域的突破。想象一下，如果石墨烯能夠被用於靶嚮藥物遞送，精確地將藥物輸送到病變部位，從而減少副作用，提高治療效果，這將是醫學的一大進步。書中是否會詳細介紹石墨烯的生物相容性、錶麵修飾技術以及在藥物載體設計方麵的可能性？我希望能夠看到一些具體的案例，比如石墨烯在癌癥治療、基因傳遞、甚至生物成像方麵的應用前景。此外，書中是否還會探討石墨烯在生物傳感器方麵的潛力？例如，能夠實時、高靈敏度地檢測體內生物分子，從而實現早期疾病診斷。我對能夠為人類健康帶來福祉的新材料應用充滿期待，也希望書中能夠提供一些關於安全性評估和倫理考量的討論。

評分☆☆☆☆☆

我選擇這本書，很大程度上是齣於對“新興應用”部分的濃厚興趣。石墨烯聽起來就像是科幻小說裏的産物，但這本書承諾將其帶入現實。我特彆想知道，那些聽起來“高大上”的應用，例如在電子設備中的顛覆性革新，到底是怎麼實現的？想象一下，如果手機、電腦的性能能夠因為石墨烯而得到飛躍，充電速度更快，發熱更少，甚至尺寸可以做得更小更輕薄，這對於我們每天都要依賴的電子産品來說，將是多麼激動人心的變化。書中是否會詳細闡述石墨烯作為電極材料在電池領域的前景？比如，超級電容器和鋰離子電池的能量密度、功率密度和循環壽命，能否藉由石墨烯得到顯著提升？我希望書中不僅僅是簡單羅列應用，而是能夠深入探討其背後的技術細節和麵臨的挑戰。例如，大規模、低成本地製備高質量的石墨烯，以及如何將其有效地集成到現有産品中，這些都是實際應用中繞不開的問題。此外，書中提到的其他新興應用，如在復閤材料、傳感器、醫療健康、甚至能源領域，我都很想一探究竟。我希望書中能夠提供一些具體的研究案例或者正在進行的試驗項目，讓我能更直觀地感受到石墨烯的潛力，以及它正在如何悄然改變我們的生活。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的“基礎”部分期望非常高，希望它能深入解析石墨烯的層狀結構以及其獨特的光學性質。我希望書中能夠詳細介紹石墨烯如何吸收可見光，以及其在透明導電薄膜領域的應用前景。例如，它如何在觸摸屏、OLED顯示器和太陽能電池中取代傳統的氧化銦锡（ITO）材料？書中是否會討論石墨烯的光學特性與厚度、摻雜狀態等因素的關係？我希望能夠看到一些關於石墨烯與其他二維材料在光學特性上的對比，例如二硒化鉬（MoSe2）的帶隙特性。此外，對於石墨烯的錶麵增強拉曼散射（SERS）效應，我希望書中能有詳細的介紹。這對於超靈敏的化學和生物傳感非常重要。我希望作者能夠用清晰的語言和圖示，解釋石墨烯的錶麵形貌和電子結構如何增強拉曼信號，以及它在痕量物質檢測方麵的應用潛力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名“石墨烯：基礎及新興應用”給我一種全麵且深入的印象。我希望在“基礎”部分，作者能夠深入剖析石墨烯的電子結構。我想瞭解，為什麼石墨烯的電子行為如此奇特，能夠展現齣接近光速的載流子速度，以及其在狄拉剋錐附近的零帶隙特性意味著什麼。書中是否會提供詳細的量子力學解釋，或者至少是用清晰的物理模型來闡述這些現象？例如，關於其超導性、霍爾效應等奇異物理現象，是否會有相關的理論介紹？我希望書中能夠引經據典，引用一些重要的理論模型和實驗發現，讓我能夠對其基礎理論有更紮實的理解。另外，對於石墨烯的製備方法，我希望書中能夠介紹多種主流的技術，例如化學氣相沉積（CVD）、機械剝離法（scotch tape method）以及氧化還原法，並比較它們的優缺點，以及各自在不同應用場景下的適用性。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書，我最看重的是它能否提供一個清晰、係統的框架，讓我能夠全麵地理解石墨烯。我希望書中不僅能夠介紹石墨烯本身的性質，更能將其置於整個材料科學發展的宏觀背景下進行審視。例如，在介紹石墨烯的“基礎”部分時，我希望它能夠與其他具有代錶性的碳材料，如碳納米管、富勒烯等進行比較，指齣石墨烯的獨特性和優勢所在。這有助於我更深刻地理解，為什麼石墨烯會成為材料科學研究的熱點。同時，在講解其電子學特性時，我希望能夠看到它與傳統半導體材料（如矽）的對比，這能讓我更好地理解石墨烯在電子領域的顛覆性潛力。書中是否會提及二維材料傢族的其他成員，並與石墨烯進行類比分析？例如，它們的製備方法、結構特點以及在不同領域的應用差異。我希望這本書能夠像一座橋梁，連接起基礎理論和前沿應用，讓我能夠從宏觀到微觀，從原理到實踐，都獲得清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的“新興應用”部分抱有極高的期望，特彆是它可能對我們日常生活帶來的實際影響。我希望書中能夠詳細介紹石墨烯在可穿戴設備和柔性電子領域的潛在突破。想象一下，未來我們能夠擁有比現在更輕薄、更舒適、甚至可以隨意彎麯的電子産品，比如可以捲起來的屏幕，或者集成在衣物中的傳感器，這都可能與石墨烯的技術進步息息相關。書中是否會探討石墨烯的導電性和柔韌性是如何完美契閤這一領域需求的？例如，它在柔性顯示器、可穿戴傳感器、甚至可植入式醫療設備中的具體應用前景？我特彆關心的是，這些應用在技術上是如何實現的，以及目前遇到瞭哪些瓶頸？是材料本身的性能限製，還是製造工藝的復雜性？此外，書中是否還會涉及石墨烯在能源儲存領域的革新？例如，在超級電容器和電池中，石墨烯作為電極材料，能否顯著提高能量密度和充電速度？我對能夠快速充電的電動汽車和續航能力更強的電子設備充滿期待。