导语

  

    本书共分为十二章,从碳元素的同素异形体和成键结构入手,对化学气相沉积方法的有关基本概念进行详细介绍,进而分别对金属衬底和绝缘衬底上石墨烯的生长方法进行系统性阐述。在进一步对晶畴尺寸、洁净度、掺杂浓度等方面的研究进展展开讨论的同时,我们也对石墨烯玻璃、泡沫石墨烯、粉体石墨烯的化学气相沉积制备方法做了专门介绍。本书11章简要介绍了基于化学气相沉积方法的石墨烯规模化制备现状和挑战,12章讨论了石墨烯从生长衬底表面的剥离和转移技术。

内容提要

  

    本书围绕化学气相沉积方法制备石墨烯及其研究现状展开，重点关注化学气相沉积生长石墨烯方法的基本原理、反应热力学和动力学、生长过程的影响因素和控制方法等，并系统介绍了该领域的发展现状及代表性的研究工作。
    本书为读者提供基础性、系统性和指南性的石墨烯化学气相沉积生长知识，展示新研究成果，可供初涉利用化学气相沉积方法制备石墨烯的研究生、科研人员、相关科技工作者使用，也可作为有志于从事石墨烯生长研究人员的实验研究指南。

    刘忠范，物理化学家，北京大学化学与分子工程学院教授，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。主要从事石墨烯等纳米碳材料研究，发表学术论文640余篇，出版专著、译著和科普著作6部，申请中国发明专利130余项。曾任国家攀登计划（B）、973计划、纳米重大研究计划项目首席科学家、国家自然科学基金“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人。荣获国家自然科学二等奖、第八届纳米研究奖、北京大学“国华杰出学者奖”、宝钢优秀教师特等奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、北京市优秀教师等奖励。现任北京石墨烯研究院院长。

第1章  碳的成键结构与同素异形体
  1.1  碳的成键原理与成键结构
    1.1.1  非共轭σ键与π键的形成
    1.1.2  离域π键
  1.2  碳的同素异形体
    1.2.1  金刚石
    1.2.2  石墨与石墨烯
    1.2.3  富勒烯
    1.2.4  碳纳米管
    1.2.5  石墨炔
    1.2.6  长链卡宾
  1.3  同素异形体间的相互转换
  参考文献
第章  石墨烯生长的基本概念
  2.1  化学气相沉积技术
    2.1.1  基本定义
    2.1.2  实验条件和分类方法
  2.2  碳源裂解反应
    2.2.1  气相碳源裂解过程
    2.2.2  生长衬底表面的碳源裂解过程
  2.3  生长动力学
    2.3.1  金属衬底溶碳能力的影响
    2.3.2  生长基元步骤
    2.3.3  生长边缘结构
  2.4  氢气的作用
  参考文献
第3章  石墨烯在金属衬底上的催化生长
  3.1  铜表面上的生长
    3.1.1  表面自限制生长
    3.1.2  双层石墨烯的生长方法
  3.2  镍表面上的生长
    3.2.1  偏析生长
    3.2.2  层数控制
  3.3  其他金属表面上的生长
    3.3.1  ⅠBⅡB族过渡金属上石墨烯的生长
    3.3.2  ⅧB族过渡金属上石墨烯的生长
    3.3.3  ⅣBⅥB族过渡金属上石墨烯的生长
    3.3.4  ⅦB族过渡金属上石墨烯的生长
  3.4  合金表面上的生长
    3.4.1  CuNi合金
    3.4.2  NiMo合金
    3.4.3  AuNi和PdCo合金
  3.5  晶面取向对生长的影响
    3.5.1  晶面对石墨烯生长速度的影响
    3.5.2  晶面对石墨烯取向的影响
    3.5.3  晶面对石墨烯形状的影响
    3.5.4  衬底晶面与石墨烯的相互作用
  3.6  褶皱的定义与形成机制
    3.6.1  热力学导致的本征涟漪
    3.6.2  化学气相沉积生长过程形成的褶皱
    3.6.3  转移过程导致的褶皱
    3.6.4  褶皱对石墨烯性质的影响
    3.6.5  无褶皱石墨烯的生长方法
  参考文献
第4章  石墨烯在绝缘衬底上的生长
  4.1  绝缘衬底的特殊性
    4.1.1  碳源热裂解
    4.1.2  传质和表面反应过程
  4.2  绝缘衬底上的石墨烯生长方法
    4.2.1  热裂解生长方法
    4.2.2  等离子体增强化学气相沉积生长方法
    4.2.3  催化剂辅助生长法
  4.3  六方氮化硼表面生长石墨烯
    4.3.1  六方氮化硼表面生长石墨烯的意义
    4.3.2  六方氮化硼表面生长石墨烯的方法
  参考文献
第5章  大单晶石墨烯的生长方法
  5.1  成核
    5.1.1  成核过程
    5.1.2  成核密度与成核势垒
  5.2  畴区拼接
  5.3  大单晶石墨烯的生长方法
    5.3.1  单一成核位点外延生长方法
    5.3.2  多点同取向成核的无缝拼接法
  参考文献
第6章  超洁净石墨烯的制备方法
  6.1  CVD生长过程中石墨烯的本征污染问题
  6.2  本征污染的成因
    6.2.1  气相反应的复杂性
    6.2.2  衬底表面上的碳化和石墨化过程
  6.3  直接生长法制备超洁净石墨烯
    6.3.1  泡沫铜助催化生长法
    6.3.2  含铜碳源助催化生长法
  6.4  后处理法制备超洁净石墨烯
    6.4.1  二氧化碳氧化刻蚀技术
    6.4.2  魔力粘毛辊技术
  参考文献
第7章  掺杂石墨烯的生长方法
  7.1  石墨烯的掺杂类型
  7.2  单一元素掺杂
    7.2.1  氮掺杂
    7.2.2  硼掺杂
    7.2.3  其他元素掺杂
  7.3  多元素共掺杂
    7.3.1  硼氮共掺杂
    7.3.2  选区掺杂
  7.4  掺杂结构的调控
  参考文献
第8章  石墨烯玻璃的CVD生长方法
  8.1  玻璃的化学组成及其作为CVD生长衬底的特殊性
  8.2  石墨烯玻璃的高温生长方法
    8.2.1  常压CVD生长法
    8.2.2  低压CVD生长法
    8.2.3  熔融床CVD生长法
  8.3  石墨烯玻璃的PECVD生长方法
    8.3.1  垂直取向石墨烯的PECVD生长
    8.3.2  水平取向石墨烯的PECVD生长
  8.4  石墨烯玻璃的规模化制备
    8.4.1  规模化制备装备
    8.4.2  规模化制备工艺
  8.5  石墨烯玻璃的应用展望
  参考文献
第9章  粉体石墨烯的CVD生长方法
  9.1  粉体石墨烯的常规制备方法
    9.1.1  氧化还原法
    9.1.2  液相剥离法
    9.1.3  其他方法
  9.2  粉体石墨烯的模板CVD生长方法
    9.2.1  金属颗粒模板法
    9.2.2  非金属颗粒模板法
    9.2.3  复杂分级结构石墨烯的模板生长法
  9.3  粉体石墨烯的无模板CVD生长方法
    9.3.1  微波等离子体辅助生长法
    9.3.2  电弧放电生长法
  9.4  粉体石墨烯的生长机制
  参考文献
第10章  泡沫石墨烯的制备方法
  10.1  泡沫石墨烯材料
  10.2  组装法制备泡沫石墨烯
    10.2.1  水热还原法
    10.2.2  化学还原法
    10.2.3  冷冻干燥法
    10.2.43  D打印法
    10.2.5  其他方法
  10.3  化学气相沉积法制备泡沫石墨烯
    10.3.1  模板法
    10.3.2  无模板法
  参考文献
第11章  石墨烯薄膜的规模化生长技术
  11.1  制备工艺
    11.1.1  批次制程
    11.1.2  卷对卷制程
  11.2  工业级别的制备装备
    11.2.1  热壁化学气相沉积
    11.2.2  冷壁化学气相沉积
    11.2.3  等离子体化学气相沉积
  11.3  批量制备的关键参数
    11.3.1  碳源
    11.3.2  腔体压力
  参考文献
第12章  转移技术
  12.1  聚合物辅助转移法
  12.2  电化学鼓泡法
  12.3  插层转移法
  12.4  机械剥离法
  参考文献
索引