本书从简要介绍石墨烯的性质与制备开始，进而详述石墨烯宏观组装的概念、原理及方法。本书以宏观组装材料的维度分类，综述了石墨烯纤维、石墨烯膜及石墨烯三维组装体的研究历程与进展，并进一步分析其结构与性能的基本关系。本书同时着力于石墨烯宏观组装材料的应用，从力学、热学、储能、环境净化、光热与光电、电磁屏蔽与吸波、催化等方面展开论述，逐步形成石墨烯宏观组装材料应用的索引地图。本书适用于从事石墨烯宏观组装材料领域研究工作的工程技术人员，以及科研院所和大中专高校相关专业的学生和科研人员。
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14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。
一尺之捶，日取其半，万世不竭。《庄子·天下》中这一简单朴素的原子观在石墨烯的发现历程中体现得淋漓尽致。石墨晶体在有限次数的一分为二中会被剥离至单层。2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫就极富洞见地用简单直接的胶带剥离法制备了单层石墨烯。自此，石墨烯打开了人类了解二维世界的大门。石墨烯的发现和研究不仅推进了人们对二维介观物理的认知，而且带来了一种功能强大的二维材料基因，给材料的制备与应用带来了无限可能。石墨烯是碳材料的基本单元，具有众多优越的力学、电学、热学、光学等性质。可以由石墨烯自下而上地精确设计、组装、构筑所需要的多级结构和多维度材料，在此思路指引下，石墨烯宏观组装材料领域近年来取得了众多令人刮目相看的进展。新的石墨烯宏观组装材料种类不断被发掘，如石墨烯膜、石墨烯纤维、石墨烯气凝胶等。同时，石墨烯的应用也逐步延伸至各个领域，从高性能材料、透明电极到能源电池、环境保护、生物医用等。石墨烯宏观组装材料已逐渐发展成为覆盖国计民生多个领域的材料门类，其重要性越发凸显出来。本书从简要介绍石墨烯的性质与制备开始，进而详述石墨烯宏观组装的概念、原理及方法。本书以宏观组装材料的维度分类，综述石墨烯纤维、石墨烯膜及石墨烯三维组装体的研究历程与进展，并进一步分析其结构与性能的基本关系。本书同时着力于石墨烯宏观组装材料的应用，从力学、热学、储能、环境净化、光热与光电、电磁屏蔽与吸波、催化等方面展开论述，逐步形成石墨烯宏观组装材料应用的索引地图。本书增加了绪论和跋，表达了作者对石墨烯产业化及创新创业的观点和希冀，望对石墨烯人和青少年朋友们都有所启发和裨益。随着越来越多的石墨烯宏观组装材料研究成果走出实验室，石墨烯材料产业化如火如荼。产业界及社会大众对石墨烯材料的知识需求愈发强烈。本书将与战略前沿新材料石墨烯出版工程的系列优秀作品一起，普及石墨烯的基本知识，促进大家对石墨烯材料的科学认识，助推石墨烯的基础研究和产业发展。为简洁起见，本书书名定为《石墨烯宏观材料及应用》，其中的宏观材料即指宏观组装材料，而由化学气相沉积法等制备的宏观大面积膜材料不在本书讨论范围内。感谢国家自然科学基金委员会、国家重大科学研究计划等对石墨烯宏观组装方向的大力支持！感谢浙江大学高分子科学与工程学系纳米高分子团队的小伙伴们在该领域十多年的坚持与付出！感谢本书编撰过程中纳米高分子课题组的高微微、杨敏诚、、畅丹、姜炎秋、姚伟泉、郭凡、王佳庆、徐晗彦、蔡盛赢、彭蠡、方文章、席嘉彬、沈颖、俞丹萍等给予的鼎力支持和帮助！石墨烯宏观组装研究日新月异，新发现、新方法、新技术不断涌现，加之本书作者涉猎有限、经验不足，不妥之处在所难免，诚望读者提出宝贵意见和建议，以便修订完善。高 超2020年8月于浙江大学
高超，工学博士，浙江大学求是特聘教授，博士生导师。主要从事石墨烯化学与组装等方面的研究。在Science, Sci. Adv.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Acc. Chem. Res.等期刊发表SCI收录文章230余篇，他引16000余次。获批基金委重大项目、重点项目，承担军科委、装发等多家单位的重要科研项目。编著《石墨烯宏观材料及应用》专著1本，共同主编Wiley出版的英文专著1本。授权中国发明专利近百项，授权美国专利1项，日本专利3项，欧洲专利1项，俄罗斯专利1项，完成78项中国发明专利权转让。担任Advanced Fiber Materials、 Carbon Energy、Nano-Micro Lett.、《中国科学：化学》、《功能高分子学报》等期刊编委。获得钱宝钧纤维奖 青年学者、Gold Kangaroo World Innovation Award、第十二届浙江省青年科技奖、浙江大学十大学术进展等荣誉。
绪论 石墨烯的诗与远方
1章 石墨烯概述
1.1 石墨烯的结构与性能
1.1.1 石墨烯的结构
1.1.2石墨烯的力学性能
1.1.3石墨烯的电学性能
1.1.4石墨烯的光学性能
1.1.5石墨烯的热学性能
1.1.6石墨烯的其他性能
1.2 石墨烯的制备
1.2.1机械剥离法
1.2.2电化学剥离法
1.2.3超声辅助溶液剥离法
1.2.4外延生长法
1.2.5化学气相沉积法
1.2.6氧化还原法
1.3 氧化石墨烯的结构和性能
1.3.1氧化石墨烯的结构
1.3.2氧化石墨烯的性能
1.4 氧化石墨烯的制备与还原
1.4.1氧化石墨烯的制备
1.4.2氧化石墨烯的还原
参考文献
第2章 石墨烯宏观组装概述
2.1 宏观组装概念
2.2 宏观组装原理及方法
2.3 石墨烯宏观组装体概述
参考文献
第3章 石墨烯纤维
3.1 石墨烯纤维概述
3.2 石墨烯纤维的制备方法
3.2.1 液晶湿法纺丝
3.2.2 其他制备方法
3.2.3 石墨烯纤维制备方法的发展趋势
3.3 石墨烯纤维的高性能化与功能化
3.3.1 高强度石墨烯纤维
3.3.2 高导电石墨烯纤维
3.3.3 高导热石墨烯纤维
3.4 石墨烯纤维的多功能化应用
3.4.1 纤维状超级电容器
3.4.2 纤维状电池
3.4.3 智能驱动器
3.4.4 多功能织物
3.5 石墨烯复合纤维
3.5.1 高分子-石墨烯纤维
3.5.2 金属-石墨烯纤维
3.5.3 无机非金属-石墨烯纤维
参考文献
第4章 石墨烯膜
4.1 石墨烯膜的制备方法
4.1.1 抽滤诱导自组装法
4.1.2 刮涂法
4.1.3 纺膜法
4.1.4 喷涂法
4.1.5 其他方法
4.2 石墨烯膜的结构与性能调控
4.2.1 边缘缺陷优化
4.2.2内部结构缺陷优化
4.2.3 压力对石墨烯膜结构的调控
4.3二维石墨烯膜的应用
4.3.1 结构材料
4.3.2 储能材料
4.3.3 导热散热材料
4.3.4 透明电极
4.3.5 吸波和电磁屏蔽
4.3.6 分离膜材料
4.3.7 催化膜材料
4.4 总结
参考文献
第5章 石墨烯宏观三维材料
5.1 石墨烯气凝胶
5.1.1 干法组装
5.1.2 湿法组装
5.1.3应用
5.2 石墨烯水凝胶
5.3 石墨烯块体材料
参考文献
第6章 石墨烯宏观材料力学性能及应用
6.1力学结构材料
6.1.1石墨烯基力学结构材料
6.1.2石墨烯结构增强复合材料
6.2弹性材料
6.2.1引入熵弹性
6.2.2构筑微结构
6.3 总结
参考文献
第7章 石墨烯宏观材料的导热性能
7.1石墨烯宏观材料的结构与导热性能的关系
7.2石墨烯导热的影响因素
7.2.1尺寸依赖性
7.2.2缺陷依赖性
7.2.3 取向依赖性
7.2.4温度依赖性
7.2.5界面依赖性
7.2.6层数依赖性
7.27应力依赖性
7.3 石墨烯宏观材料的热导率
7.3.1 石墨烯纤维
7.3.2 石墨烯膜
7.3.3 石墨烯气凝胶
参考文献
第8章 石墨烯宏观材料在电池领域的应用
8.1石墨烯在锂离子电池中的应用
8.1.1锂离子电池简介
8.1.2锂离子电池负极材料
8.1.3 石墨烯用作负极活性物质
8.1.4 石墨烯基负极复合材料
8.1.5石墨烯在锂离子电池正极中的应用
8.1.6石墨烯在锂离子电池负极中的应用
8.1.7石墨烯在锂离子电池其他部分的应用
8.2石墨烯在锂硫电池中的应用
8.2.1锂硫电池的机理
8.2.2锂硫电池的发展历程
8.2.3锂硫电池的研究进展
8.2.4传统碳材料与硫复合
8.2.5硫-石墨烯复合材料
8.3铝离子电池
8.3.1铝离子电池的发展
8.3.2水系铝离子电池
8.3.3水系铝-空气电池
8.3.4非水系铝离子电池中的离子液体
8.3.5铝-石墨烯电池
8.3.6铝-硫电池
参考文献
第9章 石墨烯宏观材料在超级电容器领域的应用
9.1 超级电容器简介
9.2 用于超级电容器的石墨烯结构特征
9.2.1 石墨烯层间距的影响与控制
9.2.2 石墨烯的边缘与缺陷
9.3 一维石墨烯基电极材料
9.4 二维石墨烯基电极材料
9.5 三维石墨烯基电极材料
9.6 石墨烯基超级电容器的发展趋势
参考文献
10章 石墨烯宏观材料在环境净化领域的应用
10.1 石墨烯分离膜材料
10.1.1 单层完美石墨烯膜
10.1.2 单层多孔石墨烯膜
10.1.3 多层石墨烯膜
10.1.4 石墨烯分离膜的总结与展望
10.2 石墨烯吸附材料
10.2.1 有机染料的吸附
10.2.2 油性有机液体的吸附
10.2.3 重金属离子的吸附
10.2.4 空气污染物的吸附
参考文献
11章 石墨烯宏观材料在光热及光电领域的应用
11.1 光热海水淡化
11.1.1 石墨烯材料
11.1.2 石墨烯基复合材料
11.2 光电探测
11.2.1 石墨烯基光电探测器设计
11.2.2 石墨烯官能化
11.2.3 石墨烯杂化材料
11.3 太阳能电池
11.3.1 石墨烯电极
11.3.2 石墨烯对电极
11.3.3 石墨烯电子/空穴传输层
11.3.4 石墨烯肖特基结
参考文献
12章 石墨烯宏观材料的其他应用
12.1 石墨烯电磁屏蔽与吸波
12.1.1电磁屏蔽及吸波机理
12.1.2石墨烯电磁屏蔽及吸波材料
12.2石墨烯基催化化学
12.2.1 石墨烯催化
12.2.2 氧化石墨烯催化
12.2.3 还原氧化石墨烯催化
12.2.4 掺杂石墨烯催化
12.2.5 功能化氧化石墨烯催化
参考文献
索引
跋 石墨烯与创新赋
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