二维材料的褶皱工程

二维材料是近年来兴起的以石墨烯为代表一类单原子层厚度的全新材料体系。受热力学涨落的影响，二维材料天生具有褶皱。褶皱是自然界一种普遍存在的物理现象，仿生人工表面起皱已经发展为一种普适的表面结构化方法。本书重点介绍石墨烯等二维材料在*面上人工起皱的方法、工艺、性能及其应用。全书共分9章。第1章为表面褶皱概述；第2章与第3章分别为各向同性与各向异性收缩起皱工艺，以及由其构筑的类大脑皮层、类泡桐树皮与类象鼻形貌；第4章至第6章介绍三类具备宏观周期结构的图案化褶皱工艺，以及由其构筑的规则条纹、表面阵列等多级褶皱图案；第7章至第9章介绍表面褶皱的表界面、力学、电学性能，及其在柔性电子、液滴操控、传感与致动、电磁屏蔽与吸收等领域的应用。本书适用于仿生、材料、化学、生物、力学、机械、制造等领域从事教学、科研、生产和管理工作的读者阅读，也可供相关专业的本科生、研究生作为参考资料学习使用。

第一篇绪论
第1章表面褶皱概述3
1.1引言3
1.2表面褶皱的形成机理5
1.2.1平面起皱机理5
1.2.2曲面起皱机理7
1.3表面褶皱的起皱模式12
1.3.1平面起皱模式12
1.3.2曲面起皱模式14
1.4二维材料的类型及其特点19
1.4.1石墨烯及其衍生物19
1.4.2碳纳米管薄膜22
1.4.3非碳二维材料23
1.5二维材料的表面褶皱25
1.5.1二维材料的本征褶皱25
1.5.2二维材料的人工褶皱25
1.5.3二维材料褶皱的应用27
1.6小结28
参考文献29
第二篇工艺与形貌
第2章各向同性收缩工艺与表面褶皱的形貌调控43
2.1引言43
2.2基于氧化石墨烯的类大脑皮层表面褶皱44
2.2.1构筑工艺45
2.2.2形貌调控51
2.2.3性能表征54
2.3基于碳纳米管薄膜的类大脑皮层表面褶皱54
2.3.1构筑工艺55
2.3.2形貌调控58
2.3.3性能表征65
2.4小结67
参考文献67
第3章各向异性收缩工艺与表面褶皱的形貌调控70
3.1引言70
3.2基于氧化石墨烯的类泡桐树皮表面褶皱71
3.2.1构筑工艺71
3.2.2形貌调控74
3.2.3性能表征77
3.3基于硼碳氮薄膜的象鼻型环节表面褶皱81
3.3.1构筑工艺82
3.3.2形貌调控84
3.3.3性能表征89
3.4小结90
参考文献91
第4章图案化褶皱工艺与条纹状宏观形貌的调控94
4.1引言94
4.2分级褶皱石墨烯的构筑95
4.2.1构筑工艺95
4.2.2还原工艺97
4.3宏观形貌调控与导电性能101
4.3.1分级褶皱调控与导电性能101
4.3.2宏观条纹调控与导电性能105
4.3.3条纹褶皱的应变传感示例108
4.4小结110
参考文献110
第5章图案化褶皱工艺与类玫瑰花瓣表面阵列的形貌调控113
5.1引言113
5.2非均匀氧化石墨烯薄膜的制备和组装115
5.2.1构筑工艺与形貌调控115
5.2.2自组装机理116
5.3类玫瑰花瓣表面阵列的仿生构筑与形貌调控119
5.3.1构筑工艺119
5.3.2凸起调控121
5.3.3阵列调控127
5.3.4结构稳定性129
5.4小结132
参考文献133
第6章图案化褶皱工艺与类大脑皮层表面阵列的形貌调控136
6.1引言136
6.2类大脑皮层表面阵列的仿生构筑137
6.2.1构筑工艺137
6.2.2形貌调控140
6.3类大脑皮层多尺度微结构的形成机理146
6.3.1薄膜和基底弹性模量的影响146
6.3.2界面结合强度的影响148
6.4类大脑皮层表面阵列的拉伸稳定性149
6.4.1具有凸起阵列的拉伸稳定性150
6.4.2无凸起阵列的拉伸稳定性153
6.5小结156
参考文献156
第三篇性能与应用
第7章仿生表面褶皱的表界面性能及其应用163
7.1引言163
7.2大脑皮层启发的仿生褶皱用于柔性致动器件166
7.2.1溶剂刺激响应性能166
7.2.2溶剂刺激响应器件173
7.3玫瑰花瓣启发的仿生阵列用于液滴无损操控179
7.3.1起皱氧化石墨烯表面的润湿特性180
7.3.2多尺度凸起阵列的表面润湿特性184
7.3.3超疏水凸起阵列用于微滴操控195
7.4花状结构石墨烯褶皱用于气体吸附与传感199
7.4.1花状结构石墨烯褶皱的构筑工艺与形貌调控200
7.4.2花状结构石墨烯褶皱的吸附与气体传感性能205
7.4.3花状结构二维异质结的构筑与气体传感性能210
7.5小结214
参考文献215
第8章仿生表面褶皱的力学性能及其应用221
8.1引言221
8.2泡桐树皮启发的仿生褶皱用于各向异性应变传感器件222
8.2.1应变传感性能222
8.2.2应变传感模型228
8.2.3应变传感应用230
8.3大脑皮层启发的仿生阵列用于高灵敏度应变传感器件233
8.3.1仿生设计234
8.3.2应变传感性能235
8.3.3应变传感应用240
8.4层状石墨烯褶皱复合结构用于高灵敏度应力传感器件243
8.4.1构筑工艺与形貌调控244
8.4.2微观结构分析246
8.4.3应力传感性能251
8.5小结257
参考文献257
第9章仿生表面褶皱的电学性能及其应用261
9.1引言261
9.2碳纳米管褶皱薄膜的构筑及其电学性能262
9.2.1构筑工艺与形貌调控262
9.2.2碳纳米管褶皱的电学性能269
9.2.3碳纳米管褶皱的耐疲劳性能272
9.3碳纳米管褶皱薄膜用于柔性电子器件274
9.3.1柔性锌离子电池中的柔性电极274
9.3.2柔性摩擦发电机中的柔性电极277
9.3.3柔性焦耳加热器中的柔性电阻279
9.4碳纳米管褶皱薄膜用于电磁屏蔽与吸收281
9.4.1碳纳米管褶皱薄膜的电磁屏蔽性能282
9.4.2碳纳米管褶皱小球的电磁吸收性能296
9.5小结304
参考文献304
附录缩略语310