先进化工材料关键技术丛书(第二批)--高性能石墨烯材料

《高性能石墨烯材料》是“先进化工材料关键技术丛书”（第二批）的一个分册。 本书围绕“新材料之王”石墨烯材料的制备方法和典型应用，对石墨烯领域的发展现状和应用前景进行系统的阐述。全书共分六章，第一章概括性地介绍石墨烯的发现历史、成键结构和能带结构以及基本性质。第二章到第四章按石墨烯材料的形态分类，系统阐述石墨烯粉体材料、石墨烯薄膜材料、石墨烯纤维材料的制备方法和应用举例。第五章总结了金属催化剂衬底上生长的石墨烯薄膜的剥离转移方法，这是石墨烯薄膜未来走向实用化的瓶颈所在。本书还对石墨烯材料的批量制备装备与工艺等方面的进展情况做了较为详细的阐述。本书最后一章概述了全球和中国石墨烯产业的发展现状、发展趋势以及存在的问题、挑战和建议，希望能够帮助读者对石墨烯产业有一个全方位的快速了解。 《高性能石墨烯材料》适合材料、化学、化工等领域，尤其是石墨烯领域的科研和工程技术人员阅读，也可供高等学校材料、化学、化工等专业师生参考。

刘忠范，1962年生于吉林九台，物理化学家，北京大学教授。中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中组部“万人计划”杰出人才，教育部“长江学者奖励计划”首批特聘教授，国家杰出青年科学基金首批获得者。主要从事石墨烯等纳米碳材料研究，发表学术论文700余篇，申请发明专利140余项，主编出版专著、译著、科普著作、个人文集、丛书、行业研究报告12部。荣获国家自然科学奖二等奖（2项）、第八届纳米研究奖、中国化学会京博科技卓越奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、北京大学“国华杰出学者奖”、宝钢优秀教师特等奖、IGA石墨烯行业终身荣誉奖等奖励，以及北京市优秀教师称号。兼任中国化学会副理事长、北京石墨烯研究院院长、第十四届全国政协常委、北京市政协副主席、九三学社中央副主席、九三学社北京市委主委、《物理化学学报》主编、《科学通报》副主编等。 亓月，2013年6月本科毕业于山东大学，随后进入北京大学攻读博士学位；2018年7月，进入美国哈佛大学从事博士后研究（导师：Charles M. Lieber教授）；2020年8月，入职北京大学化学与分子工程学院，任助理研究员；2022年8月，加入北京石墨烯研究院，任研究员，致力于具有新结构、新特性的石墨烯工程纤维复合材料研发与关键应用技术开发。目前，已发表SCI论文30余篇，申请专利十余项，获国家自然科学基金面上项目、北京市科技新星等项目资助。任《物理化学学报》青年编委，参与编写了《纳米碳材料》《石墨烯的化学气相沉积生长方法》《有问必答：石墨烯的魅力》等多部石墨烯相关著作。 林立，2022年2月加入北京大学材料科学与工程学院，任研究员、博士生导师，海外高层次人才计划入选者，北京石墨烯研究院未来实验室首席科学家、转移技术课题组组长。2017年博士毕业于北京大学化学与分子工程学院，先后于曼彻斯特大学、新加坡国立大学完成博士后研究。专注于“高品质石墨烯的制备、转移和应用探索”。到目前为止，以通讯作者或第一作者在Nature Materials, Nature Communications, Science Advances, Advanced Materials等期刊上发表论文 33 篇，共发表SCI论文75篇，总引用频次4396次，参与编写《石墨烯的化学气相沉积生长方法》等石墨烯相关著作，授权国家发明专利19项。 孙禄钊，2015年本科毕业于电子科技大学光电信息学院，2020年博士毕业于北京大学前沿交叉学科研究院，获物理化学博士学位，现任北京石墨烯研究院研究员、国家重点项目首席科学家。长期从事石墨烯材料的制备方法研究，开发了多项石墨烯薄膜的化学气相沉积生长技术，建成中试生产线两条。迄今已发表高水平论文40余篇，授权国家专利20余项。曾获国际先进材料学会IAAM青年科学家奖、北京市优秀毕业生等奖励或荣誉。

第一章 绪论 001 第一节　石墨烯简介 002 一、石墨烯发现史 002 二、石墨烯的神奇特性 003 三、石墨烯材料的分类 005 四、石墨烯应用展望 007 第二节　石墨烯的结构 010 一、成键结构 010 二、能带结构 012 第三节　石墨烯的性质 018 一、电学性质 018 二、光学性质 020 三、力学性质 021 四、热学性质 025 五、其他性质 028 参考文献 030 第二章 石墨烯粉体材料 033 第一节　物理或化学剥离方法 034 一、机械剥离法 034 二、液相剥离法 040 三、化学剥离法 054 四、氧化还原法 056 第二节　高温合成方法 064 一、CVD模板法 064 二、等离子体法 073 三、焦耳热闪蒸法 080 第三节　石墨烯粉体材料应用举例 089 一、锂电池 089 二、超级电容器 100 三、导热膜 107 四、导电油墨 112 参考文献 118 第三章 石墨烯薄膜材料 129 第一节　通用石墨烯薄膜材料 130 一、金属催化CVD法 130 二、超洁净石墨烯 141 三、规模化生长工艺与装备 152 第二节　石墨烯晶圆材料 164 一、单晶石墨烯晶圆 164 二、碳化硅外延晶圆 175 三、绝缘衬底上的多晶晶圆 184 第三节　超级石墨烯玻璃 193 一、石墨烯在传统玻璃上的生长方法 194 二、超级石墨烯玻璃的性质及应用 198 第四节　石墨烯薄膜应用举例 200 一、透明导电电极 200 二、场效应晶体管 211 三、光调制器 216 四、光电探测器 219 五、传感器件 223 六、发光二极管器件 234 参考文献 241 第四章 石墨烯纤维材料 253 第一节　氧化石墨烯基石墨烯纤维 254 一、湿法纺丝法 254 二、薄膜加捻法 262 三、其他方法 263 第二节　石墨烯玻璃复合纤维 265 一、蒙烯玻璃纤维材料 265 二、烯碳光纤 273 三、批量制备工艺与装备 279 第三节　石墨烯纤维材料应用举例 285 一、电热防除冰 285 二、电磁屏蔽 293 三、电光调制器 297 四、锁模激光器 301 参考文献 304 第五章 石墨烯的剥离转移方法 309 第一节　化学刻蚀方法 311 第二节　电化学分离方法 315 第三节　干法剥离方法 318 一、衬底预处理 319 二、金属辅助法 324 三、聚合物辅助法 326 第四节　其他转移法 331 参考文献 337 第六章 蓬勃发展的石墨烯产业 341 第一节　全球石墨烯产业现状 342 第二节　中国石墨烯产业现状 344 一、地区发展现状 344 二、产业规模与产业链分布 346 第三节　石墨烯产业发展趋势 349 第四节　问题、挑战和建议 353 参考文献 356 索引 358