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1绪论1

1.1碳的同素异形体2

1.2从石墨到石墨烯4

1.3石墨烯与碳纳米管5

参考文献7

2石墨烯的发现、结构与性能简介8

2.1石墨烯的发现8

2.2石墨烯的结构11

2.3石墨烯的性能简介12

参考文献15

3石墨烯的结构表征技术17

3.1光学显微分析17

3.2电子显微结构18

3.3扫描探针显微结构22

3.4拉曼光谱25

参考文献27

4石墨烯的制备方法29

4.1固相法29

4.1.1机械剥离法29

4.1.2外延生长法30

4.2液相法31

4.2.1氧化还原法31

4.2.2超声分散法34

4.2.3有机合成法34

4.2.4溶剂热法35

4.3气相法36

4.3.1化学气相沉积法36

4.3.2等离子增强45

4.3.3火焰法46

4.3.4电弧放电法47

参考文献48

5石墨烯的基本性能52

5.1低维纳米材料及其基本性能52

5.2石墨烯的电子结构与电学与光学性能54

5.2.1石墨烯的电子能带结构54

5.2.2石墨烯的电子态密度56

5.2.3石墨烯纳米结构的电子性质57

5.2.4双层和多层石墨烯61

5.3石墨烯的力学与热学性能62

5.3.1石墨烯的形貌62

5.3.2石墨烯的力学性质63

5.3.3石墨烯边缘的结构与力学65

5.3.4石墨烯的声子结构66

5.3.5石墨烯的热学性质67

5.4石墨烯的化学性能69

5.4.1氧化石墨烯69

5.4.2氢化石墨烯72

5.4.3其他化学修饰与掺杂74

5.4.4石墨烯与基底之间的相互作用74

参考文献75

6石墨烯二维薄膜材料82

6.1石墨烯在太阳能电池窗口层上的应用83

6.2石墨烯／半导体异质结86

6.2.1石墨烯／硅太阳能电池的组装和性能表征86

6.2.2二氯氧硫（SOCI2）改性对石墨烯／硅太阳能电池的影响89

6.2.3硝酸改性对石墨烯／硅太阳能电池的影响100

6.3石墨烯／碳纳米管复合薄膜101

6.3.1石墨烯／碳纳米管复合结构的制备102

6.3.2石墨烯／碳纳米管复合薄膜的表征107

6.3.3石墨烯／碳纳米管复合薄膜的光电性能107

参考文献111

7石墨烯电子器件114

7.1石墨烯场效应晶体管114

7.1.1石墨烯的场效应114

7.1.2石墨烯场效应晶体管的几种结构115

7.1.3石墨烯场效应晶体管的应用120

7.2石墨烯光学器件124

7.2.1大面积石墨烯透明电极124

7.2.2石墨烯透明电极的几个典型应用126

7.3石墨烯太阳能电池128

7.3.1石墨烯在有机聚合物太阳能电池中的应用128

7.3.2石墨烯在染料敏化太阳能电池中的应用131

7.3.3石墨烯／半导体太阳能电池133

7.4石墨烯NEMS器件134

7.5石墨烯量子效应器件136

参考文献139

8石墨烯复合材料143

8.1聚合物基石墨烯复合材料143

8.1.1力学性能143

8.1.2电学性能147

8.1.3热学性能148

8.2石墨烯纸149

参考文献151

9石墨烯储能器件154

9.1电化学电容器154

9.1.1双电层电容器156

9.1.2法拉第赝电容器158

9.1.3石墨烯在超级电容器中的应用159

9.1.4石墨烯基复合材料在超级电容器中的应用162

9.2锂离子电池164

9.2.1石墨烯在锂离子电池中的应用165

9.2.2石墨烯复合材料在锂离子电池中的应用168

参考文献170

10石墨烯的未来174

10.1推动二维材料的发展175

10.2石墨烯能取代硅吗176

10.3石墨烯的单晶生长177

10.4石墨烯的能带结构控制178

10.4.1石墨烯的能隙控制178

10.4.2石墨烯与拓扑绝缘体179

10.5碳的其他同素异形体180

10.6全碳结构的应用180

参考文献182