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石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長方法 版權(quán)信息
- ISBN：9787562864080
- 條形碼：9787562864080 ; 978-7-5628-6408-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長方法 本書特色
石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個(gè)傳奇，也是當(dāng)今橫跨學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的超級(jí)明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當(dāng)然，石墨烯是當(dāng)之無愧的。作為由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的材料，也是理想的輕質(zhì)高強(qiáng)材料。正因如此，一經(jīng)問世便吸引了全球范圍的關(guān)注。石墨烯有可能創(chuàng)造一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)將成為未來全球高科技產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的高地，這一點(diǎn)已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。 從2004年至今，已經(jīng)有了近十六年的歷史沉淀。無論是石墨烯的基礎(chǔ)研究，還是石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對(duì)石墨烯材料有一個(gè)全方位套叢書出的、科學(xué)的、理性的認(rèn)識(shí)。總結(jié)歷史，是為了更好地走向未來。對(duì)于新興的石墨烯產(chǎn)業(yè)來說，戰(zhàn)略前沿新材料——石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實(shí)上，國內(nèi)外已經(jīng)出版了數(shù)十部石墨烯相關(guān)書籍，其中不乏經(jīng)典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結(jié)石墨烯相關(guān)的知識(shí)積累，反映石墨烯領(lǐng)域的國內(nèi)外前沿研究進(jìn)展，展示石墨烯新材料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展前景，尤其希望能夠充分體現(xiàn)國人對(duì)石墨烯領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。 本叢書共包括22分冊(cè)，執(zhí)筆作者20余位，都是石墨烯領(lǐng)域的重量級(jí)學(xué)者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業(yè)性和科學(xué)性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質(zhì)和表征技術(shù)，到石墨烯材料的制備方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以及石墨烯產(chǎn)品的計(jì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等全方位的知識(shí)總結(jié)。同時(shí)，兩份產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告詳細(xì)闡述了世界各國的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對(duì)廣泛征集到的石墨烯相關(guān)問題答疑解惑，去偽求真。 本叢書的內(nèi)容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個(gè)分冊(cè)也相對(duì)獨(dú)立，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、知識(shí)性、專業(yè)性和即時(shí)性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對(duì)中國的石墨烯研究和中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有所助益。 1. “戰(zhàn)略前沿新材料——石墨烯出版工程” “十三五”國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目/國家出版基金叢書由石墨烯的基本性質(zhì)與表征技術(shù)、石墨烯的制備技術(shù)和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、石墨烯的分類應(yīng)用、石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀報(bào)告、石墨烯科普知識(shí)等五大部分共22分冊(cè)構(gòu)成，本書為第05分冊(cè)。 2. 叢書由我國石墨烯研究領(lǐng)域的主要開拓者及我國石墨烯發(fā)展的重要推動(dòng)者、北京大學(xué)教授、北京石墨烯研究院創(chuàng)院院長劉忠范院士親自策劃并擔(dān)任總主編。 3.全書采用80克雅質(zhì)紙，彩色印刷，清晰直觀地展現(xiàn)了石墨烯的結(jié)構(gòu)、模擬及表征結(jié)果。
石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長方法 內(nèi)容簡介
本書圍繞化學(xué)氣相沉積方法制備石墨烯及其研究現(xiàn)狀展開,重點(diǎn)關(guān)注化學(xué)氣相沉積生長石墨烯方法的基本原理、反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、生長過程的影響因素和控制方法等,并系統(tǒng)介紹了該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及代表性的研究工作。本書為讀者提供基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和指南性的石墨烯化學(xué)氣相沉積生長知識(shí),展示新研究成果,可供初涉利用化學(xué)氣相沉積方法制備石墨烯的研究生、科研人員、相關(guān)科技工作者使用,也可作為有志于從事石墨烯生長研究人員的實(shí)驗(yàn)研究指南。
石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長方法 目錄
第 1章 碳的成鍵結(jié)構(gòu)與同素異形體001
1.1 碳的成鍵原理與成鍵結(jié)構(gòu)003
1.1.1 非共軛σ 鍵與π 鍵的形成003
1.1.2 離域π 鍵006
1.2 碳的同素異形體009
1.2.1 金剛石009
1.2.2 石墨與石墨烯010
1.2.3 富勒烯016
1.2.4 碳納米管018
1.2.5 石墨炔020
1.2.6 長鏈卡賓023
1.3 同素異形體間的相互轉(zhuǎn)換023
參考文獻(xiàn)027
第章 石墨烯生長的基本概念031
2.1 化學(xué)氣相沉積技術(shù)033
2.1.1 基本定義033
2.1.2 實(shí)驗(yàn)條件和分類方法034
2.2 碳源裂解反應(yīng)042
2.2.1 氣相碳源裂解過程042
2.2.2 生長襯底表面的碳源裂解過程045
2.3 生長動(dòng)力學(xué)047
2.3.1 金屬襯底溶碳能力的影響047
2.3.2 生長基元步驟048
2.3.3 生長邊緣結(jié)構(gòu)061
2.4 氫氣的作用068
參考文獻(xiàn)075
第3章 石墨烯在金屬襯底上的催化生長079
3.1 銅表面上的生長087
3.1.1 表面自限制生長087
3.1.2 雙層石墨烯的生長方法095
3.2 鎳表面上的生長100
3.2.1 偏析生長100
3.2.2 層數(shù)控制107
3.3 其他金屬表面上的生長111
3.3.1 ⅠB ⅡB 族過渡金屬上石墨烯的生長111
3.3.2 ⅧB 族過渡金屬上石墨烯的生長112
3.3.3 ⅣB ⅥB 族過渡金屬上石墨烯的生長115
3.3.4 ⅦB 族過渡金屬上石墨烯的生長116
3.4 合金表面上的生長117
3.4.1 Cu Ni合金118
3.4.2 Ni Mo合金120
3.4.3 Au Ni和Pd Co合金122
3.5 晶面取向?qū)ιL的影響123
3.5.1 晶面對(duì)石墨烯生長速度的影響124
3.5.2 晶面對(duì)石墨烯取向的影響126
3.5.3 晶面對(duì)石墨烯形狀的影響129
3.5.4 襯底晶面與石墨烯的相互作用131
3.6 褶皺的定義與形成機(jī)制132
3.6.1 熱力學(xué)導(dǎo)致的本征漣漪132
3.6.2 化學(xué)氣相沉積生長過程形成的褶皺134
3.6.3 轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致的褶皺136
3.6.4 褶皺對(duì)石墨烯性質(zhì)的影響137
3.6.5 無褶皺石墨烯的生長方法141
參考文獻(xiàn)145
第4章 石墨烯在絕緣襯底上的生長151
4.1 絕緣襯底的特殊性153
4.1.1 碳源熱裂解154
4.1.2 傳質(zhì)和表面反應(yīng)過程155
4.2 絕緣襯底上的石墨烯生長方法159
4.2.1 熱裂解生長方法159
4.2.2 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積生長方法162
4.2.3 催化劑輔助生長法164
4.3 六方氮化硼表面生長石墨烯167
4.3.1 六方氮化硼表面生長石墨烯的意義167
4.3.2 六方氮化硼表面生長石墨烯的方法171
參考文獻(xiàn)179
第5章 大單晶石墨烯的生長方法185
5.1 成核189
5.1.1 成核過程189
5.1.2 成核密度與成核勢(shì)壘195
5.2 疇區(qū)拼接199
5.3 大單晶石墨烯的生長方法203
5.3.1 單一成核位點(diǎn)外延生長方法204
5.3.2 多點(diǎn)同取向成核的無縫拼接法216
參考文獻(xiàn)223
第6章 超潔凈石墨烯的制備方法227
6.1 CVD 生長過程中石墨烯的本征污染問題229
6.2 本征污染的成因238
6.2.1 氣相反應(yīng)的復(fù)雜性238
6.2.2 襯底表面上的碳化和石墨化過程242
6.3 直接生長法制備超潔凈石墨烯247
6.3.1 泡沫銅助催化生長法249
6.3.2 含銅碳源助催化生長法253
6.4 后處理法制備超潔凈石墨烯257
6.4.1 二氧化碳氧化刻蝕技術(shù)257
6.4.2 魔力粘毛輥技術(shù)261
參考文獻(xiàn)264
第7章 摻雜石墨烯的生長方法267
7.1 石墨烯的摻雜類型269
7.2 單一元素?fù)诫s272
7.2.1 氮摻雜272
7.2.2 硼摻雜280
7.2.3 其他元素?fù)诫s285
7.3 多元素共摻雜288
7.3.1 硼氮共摻雜288
7.3.2 選區(qū)摻雜290
7.4 摻雜結(jié)構(gòu)的調(diào)控294
參考文獻(xiàn)299
第8章 石墨烯玻璃的CVD 生長方法303
8.1 玻璃的化學(xué)組成及其作為CVD 生長襯底的特殊性306
8.2 石墨烯玻璃的高溫生長方法308
8.2.1 常壓CVD 生長法308
8.2.2 低壓CVD 生長法311
8.2.3 熔融床CVD 生長法313
8.3 石墨烯玻璃的PECVD 生長方法316
8.3.1 垂直取向石墨烯的PECVD 生長317
8.3.2 水平取向石墨烯的PECVD 生長319
8.4 石墨烯玻璃的規(guī)模化制備320
8.4.1 規(guī)模化制備裝備320
8.4.2 規(guī)模化制備工藝322
8.5 石墨烯玻璃的應(yīng)用展望323
參考文獻(xiàn)327
第9章 粉體石墨烯的CVD 生長方法331
9.1 粉體石墨烯的常規(guī)制備方法334
9.1.1 氧化還原法334
9.1.2 液相剝離法335
9.1.3 其他方法335
9.2 粉體石墨烯的模板CVD 生長方法336
9.2.1 金屬顆粒模板法336
9.2.2 非金屬顆粒模板法338
9.2.3 復(fù)雜分級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯的模板生長法342
9.3 粉體石墨烯的無模板CVD 生長方法348
9.3.1 微波等離子體輔助生長法348
9.3.2 電弧放電生長法349
9.4 粉體石墨烯的生長機(jī)制349
參考文獻(xiàn)350
第 10章 泡沫石墨烯的制備方法353
10.1 泡沫石墨烯材料355
10.2 組裝法制備泡沫石墨烯356
10.2.1 水熱還原法356
10.2.2 化學(xué)還原法359
10.2.3 冷凍干燥法360
10.2.4 3D 打印法361
10.2.5 其他方法362
10.3 化學(xué)氣相沉積法制備泡沫石墨烯364
10.3.1 模板法364
10.3.2 無模板法375
參考文獻(xiàn)378
第 11章 石墨烯薄膜的規(guī)模化生長技術(shù)381
11.1 制備工藝384
11.1.1 批次制程384
11.1.2 卷對(duì)卷制程386
11.2 工業(yè)級(jí)別的制備裝備388
11.2.1 熱壁化學(xué)氣相沉積388
11.2.2 冷壁化學(xué)氣相沉積390
11.2.3 等離子體化學(xué)氣相沉積393
11.3 批量制備的關(guān)鍵參數(shù)396
11.3.1 碳源396
11.3.2 腔體壓力398
參考文獻(xiàn)401
第 12章 轉(zhuǎn)移技術(shù)405
12.1 聚合物輔助轉(zhuǎn)移法407
12.2 電化學(xué)鼓泡法411
12.3 插層轉(zhuǎn)移法415
12.4 機(jī)械剝離法418
參考文獻(xiàn)421
索引424
1.1 碳的成鍵原理與成鍵結(jié)構(gòu)003
1.1.1 非共軛σ 鍵與π 鍵的形成003
1.1.2 離域π 鍵006
1.2 碳的同素異形體009
1.2.1 金剛石009
1.2.2 石墨與石墨烯010
1.2.3 富勒烯016
1.2.4 碳納米管018
1.2.5 石墨炔020
1.2.6 長鏈卡賓023
1.3 同素異形體間的相互轉(zhuǎn)換023
參考文獻(xiàn)027
第章 石墨烯生長的基本概念031
2.1 化學(xué)氣相沉積技術(shù)033
2.1.1 基本定義033
2.1.2 實(shí)驗(yàn)條件和分類方法034
2.2 碳源裂解反應(yīng)042
2.2.1 氣相碳源裂解過程042
2.2.2 生長襯底表面的碳源裂解過程045
2.3 生長動(dòng)力學(xué)047
2.3.1 金屬襯底溶碳能力的影響047
2.3.2 生長基元步驟048
2.3.3 生長邊緣結(jié)構(gòu)061
2.4 氫氣的作用068
參考文獻(xiàn)075
第3章 石墨烯在金屬襯底上的催化生長079
3.1 銅表面上的生長087
3.1.1 表面自限制生長087
3.1.2 雙層石墨烯的生長方法095
3.2 鎳表面上的生長100
3.2.1 偏析生長100
3.2.2 層數(shù)控制107
3.3 其他金屬表面上的生長111
3.3.1 ⅠB ⅡB 族過渡金屬上石墨烯的生長111
3.3.2 ⅧB 族過渡金屬上石墨烯的生長112
3.3.3 ⅣB ⅥB 族過渡金屬上石墨烯的生長115
3.3.4 ⅦB 族過渡金屬上石墨烯的生長116
3.4 合金表面上的生長117
3.4.1 Cu Ni合金118
3.4.2 Ni Mo合金120
3.4.3 Au Ni和Pd Co合金122
3.5 晶面取向?qū)ιL的影響123
3.5.1 晶面對(duì)石墨烯生長速度的影響124
3.5.2 晶面對(duì)石墨烯取向的影響126
3.5.3 晶面對(duì)石墨烯形狀的影響129
3.5.4 襯底晶面與石墨烯的相互作用131
3.6 褶皺的定義與形成機(jī)制132
3.6.1 熱力學(xué)導(dǎo)致的本征漣漪132
3.6.2 化學(xué)氣相沉積生長過程形成的褶皺134
3.6.3 轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致的褶皺136
3.6.4 褶皺對(duì)石墨烯性質(zhì)的影響137
3.6.5 無褶皺石墨烯的生長方法141
參考文獻(xiàn)145
第4章 石墨烯在絕緣襯底上的生長151
4.1 絕緣襯底的特殊性153
4.1.1 碳源熱裂解154
4.1.2 傳質(zhì)和表面反應(yīng)過程155
4.2 絕緣襯底上的石墨烯生長方法159
4.2.1 熱裂解生長方法159
4.2.2 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積生長方法162
4.2.3 催化劑輔助生長法164
4.3 六方氮化硼表面生長石墨烯167
4.3.1 六方氮化硼表面生長石墨烯的意義167
4.3.2 六方氮化硼表面生長石墨烯的方法171
參考文獻(xiàn)179
第5章 大單晶石墨烯的生長方法185
5.1 成核189
5.1.1 成核過程189
5.1.2 成核密度與成核勢(shì)壘195
5.2 疇區(qū)拼接199
5.3 大單晶石墨烯的生長方法203
5.3.1 單一成核位點(diǎn)外延生長方法204
5.3.2 多點(diǎn)同取向成核的無縫拼接法216
參考文獻(xiàn)223
第6章 超潔凈石墨烯的制備方法227
6.1 CVD 生長過程中石墨烯的本征污染問題229
6.2 本征污染的成因238
6.2.1 氣相反應(yīng)的復(fù)雜性238
6.2.2 襯底表面上的碳化和石墨化過程242
6.3 直接生長法制備超潔凈石墨烯247
6.3.1 泡沫銅助催化生長法249
6.3.2 含銅碳源助催化生長法253
6.4 后處理法制備超潔凈石墨烯257
6.4.1 二氧化碳氧化刻蝕技術(shù)257
6.4.2 魔力粘毛輥技術(shù)261
參考文獻(xiàn)264
第7章 摻雜石墨烯的生長方法267
7.1 石墨烯的摻雜類型269
7.2 單一元素?fù)诫s272
7.2.1 氮摻雜272
7.2.2 硼摻雜280
7.2.3 其他元素?fù)诫s285
7.3 多元素共摻雜288
7.3.1 硼氮共摻雜288
7.3.2 選區(qū)摻雜290
7.4 摻雜結(jié)構(gòu)的調(diào)控294
參考文獻(xiàn)299
第8章 石墨烯玻璃的CVD 生長方法303
8.1 玻璃的化學(xué)組成及其作為CVD 生長襯底的特殊性306
8.2 石墨烯玻璃的高溫生長方法308
8.2.1 常壓CVD 生長法308
8.2.2 低壓CVD 生長法311
8.2.3 熔融床CVD 生長法313
8.3 石墨烯玻璃的PECVD 生長方法316
8.3.1 垂直取向石墨烯的PECVD 生長317
8.3.2 水平取向石墨烯的PECVD 生長319
8.4 石墨烯玻璃的規(guī)模化制備320
8.4.1 規(guī)模化制備裝備320
8.4.2 規(guī)模化制備工藝322
8.5 石墨烯玻璃的應(yīng)用展望323
參考文獻(xiàn)327
第9章 粉體石墨烯的CVD 生長方法331
9.1 粉體石墨烯的常規(guī)制備方法334
9.1.1 氧化還原法334
9.1.2 液相剝離法335
9.1.3 其他方法335
9.2 粉體石墨烯的模板CVD 生長方法336
9.2.1 金屬顆粒模板法336
9.2.2 非金屬顆粒模板法338
9.2.3 復(fù)雜分級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯的模板生長法342
9.3 粉體石墨烯的無模板CVD 生長方法348
9.3.1 微波等離子體輔助生長法348
9.3.2 電弧放電生長法349
9.4 粉體石墨烯的生長機(jī)制349
參考文獻(xiàn)350
第 10章 泡沫石墨烯的制備方法353
10.1 泡沫石墨烯材料355
10.2 組裝法制備泡沫石墨烯356
10.2.1 水熱還原法356
10.2.2 化學(xué)還原法359
10.2.3 冷凍干燥法360
10.2.4 3D 打印法361
10.2.5 其他方法362
10.3 化學(xué)氣相沉積法制備泡沫石墨烯364
10.3.1 模板法364
10.3.2 無模板法375
參考文獻(xiàn)378
第 11章 石墨烯薄膜的規(guī)模化生長技術(shù)381
11.1 制備工藝384
11.1.1 批次制程384
11.1.2 卷對(duì)卷制程386
11.2 工業(yè)級(jí)別的制備裝備388
11.2.1 熱壁化學(xué)氣相沉積388
11.2.2 冷壁化學(xué)氣相沉積390
11.2.3 等離子體化學(xué)氣相沉積393
11.3 批量制備的關(guān)鍵參數(shù)396
11.3.1 碳源396
11.3.2 腔體壓力398
參考文獻(xiàn)401
第 12章 轉(zhuǎn)移技術(shù)405
12.1 聚合物輔助轉(zhuǎn)移法407
12.2 電化學(xué)鼓泡法411
12.3 插層轉(zhuǎn)移法415
12.4 機(jī)械剝離法418
參考文獻(xiàn)421
索引424
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石墨烯的化學(xué)氣相沉積生長方法 作者簡介
劉忠范，物理化學(xué)家，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授，中國科學(xué)院院士，發(fā)展中國家科學(xué)院院士， “萬人計(jì)劃”杰出人才。主要從事石墨烯等納米碳材料研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文640余篇，出版專著、譯著和科普著作6部，申請(qǐng)中國發(fā)明專利130余項(xiàng)。曾任國家攀登計(jì)劃（B）、973計(jì)劃、納米重大研究計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國家自然科學(xué)基金“表界面納米工程學(xué)”創(chuàng)新研究群體學(xué)術(shù)帶頭人。榮獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、第八屆納米研究獎(jiǎng)、北京大學(xué)“國華杰出學(xué)者獎(jiǎng)”、寶鋼優(yōu)秀教師特等獎(jiǎng)、中國化學(xué)會(huì)-阿克蘇諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、北京市優(yōu)秀教師等獎(jiǎng)勵(lì)。現(xiàn)任北京石墨烯研究院院長。
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