本书总结了石墨烯结构与物性的常用表征技术，从表征技术的基本原理和基本方法出发，对石墨烯的晶格、层数、掺杂、缺陷、表面官能团等结构特征，以及石墨烯的电子能带、载流子输运、力学行为、热传输等物理性质的常用表征手段进行了详细介绍，并结合当前新的文献报道给出了实例分析。全书共十一章。1章简要概述了石墨烯的结构和性质，为后续章节详细展开讨论奠定基础。第2章和第3章分别介绍了常用的显微学和光谱学表征技术。第4章介绍了石墨烯增强拉曼光谱。第5章介绍了石墨烯的晶格和电子结构表征技术。第6~8章分别介绍了石墨烯的电学性质、热学性质、力学性质及其对应的表征技术。第9章重点介绍了粉体石墨烯的物理化学性能表征技术。第十章对前面章节未讨论到的部分性质进行了补充介绍。第十一章对全书进行了总结与展望。
石墨烯是碳的同素异形体大家族的又一个传奇，也是当今横跨学术界和产业界的超级明星，几乎到了家喻户晓、妇孺皆知的程度。当然，石墨烯是当之无愧的。作为由单层碳原子构成的蜂窝状二维原子晶体材料，石墨烯拥有无与伦比的特性。理论上讲，它是导电性和导热性较好的材料，也是理想的轻质高强材料。正因如此，一经问世便吸引了全球范围的关注。石墨烯有可能创造一个全新的产业，石墨烯产业将成为未来全球高科技产业竞争的高地，这一点已经成为国内外学术界和产业界的共识。从2004年至今，已经有了近十六年的历史沉淀。无论是石墨烯的基础研究，还是石墨烯材料的产业化实践，人们都有了更多的一手材料，更有可能对石墨烯材料有一个全方位套丛书出的、科学的、理性的认识。总结历史，是为了更好地走向未来。对于新兴的石墨烯产业来说，战略前沿新材料石墨烯出版工程的出版意义也是不言而喻的。事实上，国内外已经出版了数十部石墨烯相关书籍，其中不乏经典性著作。本丛书的定位有所不同，希望能够全面总结石墨烯相关的知识积累，反映石墨烯领域的国内外前沿研究进展，展示石墨烯新材料的产业化现状与发展前景，尤其希望能够充分体现国人对石墨烯领域的贡献。本丛书共包括22分册，执笔作者20余位，都是石墨烯领域的重量级学者、专家，因此可以从源头上保障丛书的专业性和科学性。丛书分五大部分，囊括了从石墨烯的基本性质和表征技术，到石墨烯材料的制备方法及其在不同领域的应用，以及石墨烯产品的计量检测标准等全方位的知识总结。同时，两份产业研究报告详细阐述了世界各国的石墨烯产业发展现状和未来发展趋势。除此之外，丛书还为广大石墨烯迷们提供了一份科普读物《有问必答：石墨烯的魅力》，针对广泛征集到的石墨烯相关问题答疑解惑，去伪求真。本丛书的内容涵盖石墨烯新材料的方方面面，每个分册也相对独立，具有很强的系统性、知识性、专业性和即时性，凝聚着各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的广大读者参考使用。希望丛书的出版对中国的石墨烯研究和中国石墨烯产业的健康发展有所助益。1. 战略前沿新材料石墨烯出版工程 十三五国家重点出版物出版规划项目/国家出版基金丛书由石墨烯的基本性质与表征技术、石墨烯的制备技术和计量标准、石墨烯的分类应用、石墨烯的发展现状报告、石墨烯科普知识等五大部分共22分册构成，本书为第02分册。2. 丛书由我国石墨烯研究领域的主要开拓者及我国石墨烯发展的重要推动者、北京大学教授、北京石墨烯研究院创院院长刘忠范院士亲自策划并担任总主编。3.全书采用80克雅质纸，彩色印刷，清晰直观地展现了石墨烯的结构、模拟及表征结果。
石墨烯是由sp2杂化碳原子组成的单原子层二维碳材料，独特的晶体结构和能带结构赋予其优异的电学、光学、热学和力学等性质，使其在柔性器件、光电子器件、能源的储存与转化等领域具有重要的应用价值。自2004年被发现以来，石墨烯已经成为基础科学研究的热点材料。除了对其本征的电学、光学等物理性质进行研究，人们还发现了许多新奇物性，例如，基于单层石墨烯发现了螺旋量子霍尔相、氢气渗透等新奇效应，基于扭转双层石墨烯发现了超导、铁磁性等物理特性。目前，石墨烯已经成为诸多应用领域的战略材料，国际和国内都已对石墨烯的产业应用展开了布局。结构决定性质，石墨烯的众多优异性质取决于其结构特征。根据石墨烯的结构和形态，可以将石墨烯分为具有单层或少层结构的石墨烯薄膜以及由不同层数和尺寸的石墨烯片组成的粉体石墨烯。通常，通过机械剥离法或化学气相沉积法可以制备石墨烯薄膜，而通过液相剥离法或快速升温生长法可以制备粉体石墨烯。不同类型、不同品质的石墨烯表现出不同的性能，适合于不同的应用定位。因此，石墨烯结构和物性的可靠、准确表征是石墨烯的基础科学与应用研究的基本前提。本书总结了石墨烯结构与物性的常用表征技术，从表征技术的基本原理和基本方法出发，对石墨烯的晶格、层数、掺杂、缺陷、表面官能团等结构特征，以及石墨烯的电子能带、载流子输运、力学行为、热传输等物理性质的常用表征手段进行了详细介绍，并结合当前新的文献报道给出了实例分析，以期为读者提供全面、系统的石墨烯结构和物性表征的参考手册。全书共十一章，各章之间既联系紧密以构成整体，又彼此独立。1章简要概述了石墨烯的结构和性质，为后续章节详细展开讨论奠定了基础。石墨烯的形貌和晶体结构是其性质的核心，本书在第2章和第3章中分别介绍了常用的显微学和光谱学表征技术。第2章从宏观尺度到纳米尺度再到原子尺度对石墨烯结构的表征方法进行了介绍，包括大范围的光学显微术、纳米尺度表面起伏与横向尺寸的扫描电子显微术和原子力显微术，以及原子尺度晶体结构的透射电子显微术和扫描隧道显微术等。第３章重点介绍了拉曼光谱及其在石墨烯的层数、缺陷、堆垛、功能化等结构特征中的表征应用，并介绍了紫外 可见吸收光谱、红外吸光谱、荧光光谱等。增强拉曼散射效应是石墨烯重要的光谱学特征，已经成为分子检测的重要手段之一，并由此拓展出二维材料增强拉曼散射的研究领域。第４章介绍了石墨烯增强拉曼光谱，包括其机理、应用与拓展。第５章介绍了石墨烯的晶格与电子结构表征技术，包括低能透射电子显微镜、扫描隧道谱、角分辨光电子能谱等。第６章介绍了石墨烯的电学性质及其表征技术，包括导电性能、载流子迁移率等测量的基本方法和原理等。第７章介绍了石墨烯的热学性质及其表征技术，主要包括对石墨烯薄膜材料与宏观材料的热导率测量。第８章介绍了石墨烯的力学性质及其表征技术，主要包括针对主要力学性质的原子力显微镜纳米压痕法、拉曼光谱法、微桥法。粉体石墨烯是面向应用的重要的石墨烯产品，也是容易实现宏量制备的石墨烯材料。前面章节的表征技术已经部分涉及对粉体石墨烯特定形态的表征，包括石墨烯宏观材料的热导率测量、三维石墨烯的力学性质表征。第９章从元素、晶体结构及层间距、比表面积、热稳定性、在溶剂中的分散性能等方面介绍了粉体石墨烯的物理化学性能表征技术。第十章对前面章节未讨论到的部分性质进行了补充介绍，例如非线性光学性质、表面等离激元效应、磁学性质、电化学性质及渗透性等。第十一章对全书进行了总结与展望。石墨烯的光学特性涉及与不同波段光的相互作用，包括紫外、可见、红外波段。本书未对石墨烯的光学性质进行系统总结，而是从常用的光学成像和光谱表征技术出发，如第2章介绍了石墨烯的显微学表征技术，第3章介绍了石墨烯的光谱学表征技术，石墨烯的非线性光学性质、表面等离激元效应等在第十章中进行展开。在本书的撰写过程中，于跃、王珊珊、史述宾、向兆兵、刘海舟、许世臣、孙丹萍、孙阳勇、杨良伟、李晓波、张娜、张诗舒、陈珂、范晓旭、赵艳、赵福振、徐波、高振飞、黄欢、韩东（按姓氏笔画顺序）参与了资料的收集与整理工作，张诗舒参与了全书的修订与校正。同时，本书参考引用了国内外同行的优秀研究成果。在此一并致谢！另外，衷心感谢华东理工大学出版社的大力支持！需要指出的是，石墨烯的研究日新月异，尽管作者力求完美，但书中难免会有疏漏之处，恳请各位读者批评指正。、谨以此书献给奋斗在石墨烯基础和应用研究领域的科研和技术人员，以及对石墨烯材料感兴趣的广大读者！
张锦，物理化学家，中国科学院院士，北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师。致力于碳纳米碳材料的控制制备及其拉曼光谱学研究，长期在纳米碳材料的物理化学领域开展研究工作，坚持探索碳纳米管等纳米碳材料的结构控制生长规律，发展纳米材料结构与物性的谱学表征方法，通过催化剂的设计，突破了碳纳米管结构控制与高效生长的难题，推动了中国纳米碳材料基础研究的进步。
1章 石墨烯的结构和性质简介１．１ 石墨烯的发现１．２ 石墨烯的结构１．３ 石墨烯的制备方法 １．３．１ 机械剥离法 １．３．２ 液相剥离法 １．３．３ 氧化还原法 １．３．４ 化学气相沉积法 １．３．５ 碳化硅表面外延生长法 １．３．６ 有机合成法１．４ 石墨烯的性质 １．４．１ 石墨烯的电学性质 １．４．２ 石墨烯的光学性质 １．４．３ 石墨烯的力学性质 １．４．４ 石墨烯的热学性质 １．４．５ 石墨烯的其他性质１．５ 本章小结第2章 石墨烯结构的显微学表征２．１ 光学显微术２．１．１ 石墨烯层数的光学衬度法表征２．１．２ 石墨烯晶界的光学成像 ２．１．３ 其他光学表征模式２．２ 扫描电子显微术 ２．２．１ 扫描电子显微术的基本原理 ２．２．２ 平面石墨烯的表征 ２．２．３ 三维石墨烯的表征２．３ 透射电子显微术 ２．３．１ 透射电子显微术表征石墨烯的基本方法及原理 ２．３．２ 石墨烯层数的判定 ２．３．３ 石墨烯堆垛结构的表征 ２．３．４ 石墨烯缺陷结构的表征 ２．３．５ 石墨烯边界结构的表征２．４ 光发射电子显微镜／低能电子显微镜技术 ２．４．１ 光发射电子显微镜与低能电子显微镜简介 ２．４．２ 利用PEEM/LEEM技术原位表征石墨烯的生长２．５ 原子力显微术 ２．５．１ 原子力显微术的基本原理 ２．５．２ 石墨烯的形貌与厚度表征 ２．５．３ 石墨烯的原子结构表征２．６ 扫描隧道显微术 ２．６．１ 扫描隧道显微术的基本原理 ２．６．２ 不同基底上的石墨烯表征 ２．６．３ 多层石墨烯的原子堆垛 ２．６．４ 石墨烯表面的分子组装 ２．６．５ 石墨烯的掺杂态２．７ 本章小结参考文献第2章 石墨烯的光谱学表征３．１ 石墨烯的拉曼光谱表征 ３．１．１ 拉曼光谱简介 ３．１．２ 石墨烯的声子振动特征 ３．１．３ 石墨烯层数、边缘及缺陷态的拉曼光谱分析 ３．１．４ 石墨烯掺杂效应的拉曼光谱研究 ３．１．５ 温度和应力等对石墨烯拉曼光谱的影响 ３．１．６ 石墨烯堆垛和层间相互作用的拉曼光谱表征 ３．１．７ 氧化石墨烯和功能化石墨烯的拉曼光谱３．２ 石墨烯的紫外可见吸收光谱表征３．３ 石墨烯的红外吸收光谱表征３．４ 石墨烯的荧光光谱表征 ３．４．１ 氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的荧光效应及应用 ３．４．２ 氧化石墨烯的荧光猝灭效应及应用３．５ 石墨烯的动态光散射３．６ 本章小结参考文献第4章 石墨烯增强拉曼光谱４．１ 石墨烯增强拉曼散射的实现 ４．１．１ 石墨烯的荧光猝灭效应 ４．１．２ 石墨烯增强拉曼散射的发现 ４．１．３ 石墨烯增强拉曼散射的实验方法４．２ 石墨烯增强拉曼散射的机理 ４．２．１ 首层效应与层数依赖性 ４．２．２ 分子取向依赖性 ４．２．３ 分子类型选择性 ４．２．４ GERS电荷转移机制 ４．２．５ 费米能级调制 ４．２．６ 双表面增强拉曼散射效应４．３ 石墨烯／金属复合基底的拉曼散射增强 ４．３．１ 石墨烯基拉曼增强基底的制备 ４．３．２ 石墨烯基拉曼增强基底的特征及作用４．４ 石墨烯增强拉曼散射的应用 ４．４．１ 柔性石墨烯／金属复合拉曼增强基底 ４．４．２ 石墨烯增强拉曼散射的定量分析 ４．４．３ G-SERS用于检测表面等离激元诱导的化学反应４．５ 二维材料的增强拉曼散射效应 ４．５．１ 各向同性二维材料的增强拉曼散射效应 ４．５．２ 各向异性二维材料的增强拉曼散射效应 ４．５．３ 二维材料范德瓦耳斯异质结的增强拉曼散射效应 ４．５．４ 石墨烯衍生物的增强拉曼散射效应４．６ 本章小结参考文献第5章 石墨烯的晶格与电子结构表征５．１ 低能透射电子显微学 ５．１．１ 低能透射电子显微镜及其成像 ５．１．２ 透射电子显微镜中的电子衍射 ５．１．３ 透射电子显微镜的电子能量损失谱学 ５．１．４ 石墨烯的低能透射电子显微学成像与衍射 ５．１．５ 石墨烯的电子能量损失谱学５．２ 扫描隧道谱 ５．２．１ 扫描隧道谱简介 ５．２．２ 本征石墨烯的扫描隧道谱表征 ５．２．３ 石墨烯边缘态的扫描隧道谱表征５．３ 角分辨光电子能谱 ５．３．１ 角分辨光电子能谱简介 ５．３．２ 石墨烯的角分辨光电子能谱表征５．４ 本章小结参考文献第6章 石墨烯的电学性质测量６．１ 石墨烯的电学性质 ６．１．１ 石墨烯的能带结构 ６．１．２ 石墨烯的输运性质６．２ 石墨烯导电性能的测量 ６．２．１ 石墨烯导电性能测量的基本方法和原理 ６．２．２ 石墨烯导电性能测量的实例６．３ 石墨烯载流子迁移率的测量 ６．３．１ 石墨烯场效应迁移率的测量 ６．３．２ 石墨烯霍尔迁移率的测量６．４ 石墨烯的新奇电学性质的发现与测量６．５ 本章小结参考文献第7章 石墨烯的热学性质测量７．１ 石墨烯中声子散射与导热机理７．２ 石墨烯热学性质的理论模拟７．３ 石墨烯热学性质的实验测量 ７．３．１ 石墨烯的热膨胀系数及其测量方法 ７．３．２ 石墨烯的接触热阻及其测量方法 ７．３．３ 石墨烯的热导率及其测量方法７．４ 石墨烯薄膜材料的热导率研究 ７．４．１ 单层石墨烯的热导率研究 ７．４．２ 少层石墨烯的热导率研究７．５ 石墨烯宏观材料的热导率研究 ７．５．１ 石墨烯宏观材料的面内热导率研究 ７．５．２ 石墨烯宏观材料的竖直热导率研究７．６ 本章小结参考文献第8章 石墨烯的力学性质表征８．１ 石墨烯力学性质的理论分析８．２ 石墨烯主要力学性质的实验表征 ８．２．１ 原子力显微镜纳米压痕法 ８．２．２ 拉曼光谱法 ８．２．３ 微桥法８．３ 石墨烯的其他力学性质 ８．３．１ 剪切性能 ８．３．２ 弯曲性能 ８．３．３ 摩擦性能８．４ 缺陷对石墨烯力学性质的影响 ８．４．１ 石墨烯中缺陷类型 ８．４．２ 石墨烯的裂纹失效机制８．５ 三维石墨烯的力学性质 ８．５．１ 三维石墨烯的超弹性 ８．５．２ 三维石墨烯的超强力学８．６ 石墨烯基纳米复合材料的力学性质 ８．６．１ 石墨烯基纳米复合材料的力学表征方法 ８．６．２ 石墨烯尺寸对纳米复合材料力学性质的影响 ８．６．３ 石墨烯取向对纳米复合材料力学性质的影响８．７ 本章小结参考文献第9章 粉体石墨烯的物理化学性能表征 ９．１ 元素分析 ９．１．１ 基于气相色谱的元素分析法 ９．１．２ 电感耦合等离子体原子发射光谱法 ９．１．３ 犡射线光电子能谱法９．２ 晶体结构及层间距的表征 ９．２．１ X射线衍射技术 ９．２．２ 氧化还原对粉体石墨烯晶体结构的影响 ９．２．３ 石墨烯表面化学改性对层间距的影响９．３ 比表面积测定 ９．３．１ BET法简介 ９．３．２ 多孔石墨烯微观孔结构分析９．４ 热稳定性分析 ９．４．１ 热重分析法简介 ９．４．２ 粉体石墨烯的热稳定性研究 ９．４．３ 聚合物表面接枝改性对粉体石墨烯热力学的影响９．５ 在溶剂中的分散性能表征 ９．５．１ Zeta电位的表征方法 ９．５．２ 表（界）面张力９．６ 本章小结参考文献10章 石墨烯其他物性的表征１０．１ 石墨烯的非线性光学性质表征 １０．１．１ 非线性光学性质及表征 １０．１．２ 石墨烯的可饱和吸收及表征 １０．１．３ 石墨烯的非线性折射率及表征１０．２ 石墨烯的表面等离激元效应及表征 １０．２．１ 石墨烯的表面等离激元效应 １０．２．２ 石墨烯的表面等离激元表征１０．３ 石墨烯的磁学性质表征 １０．３．１ 掺杂及含缺陷石墨烯的磁性及表征 １０．３．２ 石墨烯基异质结的磁性及表征 １０．３．３ 扭转双层石墨烯的磁性及表征１０．４ 石墨烯的电化学表征 １０．４．１ 石墨烯电极构筑 １０．４．２ 电化学测试体系 １０．４．３ 石墨烯的双电层电容及表征 １０．４．４ 石墨烯的电荷转移性质及表征１０．５ 石墨烯的渗透性表征 １０．５．１ 本征石墨烯的渗透性表征 １０．５．２ 多孔石墨烯的渗透性表征 １０．５．３ 氧化石墨烯的渗透性表征１０．６ 本章小结参考文献11章 总结与展望索引
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