一本书读懂石墨烯

“虽然石墨烯现在已不是一个新词了，但它将不断带给我们新惊喜。”这句话出自石墨烯的发现者、2010年诺贝尔物理学奖获得者安德烈海姆。

确实，从石墨烯被发现至今，已经过去十几年，人们对这个名字已经很熟悉了，很少再像当初那样知之甚少。

然而，关于石墨烯的话题从来没有终止过。现在仍不时地出现关于石墨烯的新闻，比如，高性能的石墨烯电池、石墨烯触控屏、石墨烯柔性电子设备……在股票市场里，石墨烯板块、石墨烯概念股异军突起，成为一支不可忽视的力量，经常有出人意料的表现。

可以想见，石墨烯的明天会更好。

在图书市场里，已经有一些关于石墨烯的书籍了，但它们多数是面向专业科研人员的，而面向普通读者，尤其是广大青少年读者的书籍还比较少，本书正是为了弥补这个空白而写作的。它的内容比较全面，语言通俗易懂，通过阅读本书，读者可以较全面地了解石墨烯的相关知识，包括发现过程、基本性质、应用领域、制备方法、检测方法、发展前景等。

本书具有下面几个突出的特点。

① 内容新颖介绍了石墨烯的研究进展，包括独特的性质、广阔的应用前景、新奇的制备方法以及未来的发展趋势等。

② 科学性和趣味性兼顾笔者尽量做到兼顾科学性和趣味性，引用读者身边或感兴趣的实例和话题对石墨烯进行介绍，从而引起读者的兴趣。 

③ 强调科学知识和科学家对青少年读者的启迪作用，培养他们的科学精神和科学思维方法，从而提高青少年的科学素养。通过阅读本书，青少年能够对大自然更加充满好奇心，在将来的学习和工作中具备更强的创新精神，对学习和工作更加严谨，而且具有一颗淡泊名利的平常心。

在本书的写作过程中，笔者参考、引用了大量同行的研究成果和资料，在这里对他们表示衷心的感谢。

本书的内容涵盖面很宽，而笔者的知识和水平有限，所以书中不足之处希望读者谅解并提出宝贵意见，以便笔者将来加以改进和完善。

由伟

2021年5月于燕郊

（联系方式：Email:429665519@qq.com。）

本书对石墨烯进行了比较全面的介绍，包括它的发现过程、基本性质、应用领域、制备方法、检测方法、发展前景等。本书是面向大众的科普读物，内容兼具科学性和趣味性。通过阅读本书，读者一方面能够了解石墨烯的专业知识，另一方面，也是更重要的，是让读者了解和体会科学家对自然界的好奇心、对工作的严谨态度以及他们的创新意识。

本书适宜中学生、大学生等青年读者阅读。

本书对石墨烯进行了比较全面的介绍，包括它的发现过程、基本性质、应用领域、制备方法、检测方法、发展前景等。本书是面向大众的科普读物，内容兼具科学性和趣味性。通过阅读本书，读者一方面能够了解石墨烯的专业知识，另一方面，也是更重要的，是让读者了解和体会科学家对自然界的好奇心、对工作的严谨态度以及他们的创新意识。

本书适宜中学生、大学生等青年读者阅读。

  由伟，清华大学材料专业博士毕业，从事材料科学领域的教学、科研、科普等工作。已取得10项发明专利和2项实用新型专利，发表50余篇学术论文，获得中国煤炭工业协会专利奖、河北省煤炭工业协会科技进步奖等奖励，出版了《珠宝鉴定》《琥珀鉴定一本通》等著作。

章有趣的发现1

节石墨烯是什么1

第二节石墨烯的发现过程3

第三节一石激起千层浪5

第二章显赫的家族Ⅰ——石墨8

节碳材料家族8

第二节石墨的性质9

第三节石墨的应用11

第四节石墨的生产23

第五节膨胀石墨25

第三章显赫的家族Ⅱ——金刚石、富勒烯、碳纳米管29

节金刚石29

第二节踢足球引出的诺贝尔奖——富勒烯37

第三节碳纳米管44

第四章天生异相——石墨烯的结构49

节石墨烯之美49

第二节神奇的六边形51

第三节“碳”网恢恢——石墨烯的尺寸54

第四节石墨烯的种类55

第五节石墨烯的真面目56

第五章打开“未来之门”的钥匙——石墨烯的性质62

节比表面积62

第二节力学性质64

第三节电性质66

第四节热性质69

第五节光学性质71

第六节磁性质72

第七节化学性质75

第六章大显身手——石墨烯在电子领域里的应用77

节让网速更快77

第二节更快、更轻、更便宜的石墨烯电脑80

第三节石墨烯手机87

第四节其它89

第七章大显身手——石墨烯在能源领域里的应用93

节石墨烯电线和电缆93

第二节石墨烯超导体93

第三节石墨烯锂离子电池101

第四节石墨烯太阳能电池107

第五节石墨烯超级电容器115

第八章大显身手——明察秋毫的石墨烯传感器128

节电子感官——传感器128

第二节石墨烯光电传感器132

第三节石墨烯“警犬”——高灵敏化学传感器141

第四节其它传感器146

第九章大显身手——石墨烯在力学、化学、医学等领域的应用151

节石墨烯“软猬甲”151

第二节石墨烯的热性质的应用159

第三节石墨烯的化学性质的应用165

第四节石墨烯在医疗领域的应用172

第十章巧夺天工——石墨烯的制造方法176

节微机械剥离法176

第二节外延生长法180

第三节化学气相沉积法182

第四节氧化-还原法187

第五节其它方法191

第六节石墨烯的转移197

第七节发展趋势199

第十一章火眼金睛——石墨烯的检测Ⅰ——化学成分分析201

节能谱仪和波谱仪201

第二节X射线光电子能谱（XPS）205

第三节X射线荧光光谱（XRF）208

第四节红外光谱210

第五节拉曼光谱214

第十二章火眼金睛——石墨烯的检测Ⅱ——微观结构测试221

节X射线的发现221

第二节X射线的性质223

第三节X射线的应用225

第四节X射线衍射技术（XRD）230

第五节电子衍射231

第十三章石墨烯的改性和功能化233

节改性和功能化的作用233

第二节共价键结合改性235

第三节非共价键结合改性237

第四节原子掺杂改性240

第五节纳米微粒改性241

第六节缺陷改性242

第十四章氧化石墨烯245

节化学组成和结构245

第二节氧化石墨烯的性质246

第三节氧化石墨烯的制备方法248

第四节氧化石墨烯制品的制备249

第五节氧化石墨烯复合材料251

第六节氧化石墨烯的应用253

第七节未来的发展趋势255

第十五章石墨烯复合材料257

节复合材料257

第二节石墨烯复合材料类型259

第三节石墨烯-聚合物复合材料259

第四节石墨烯-金属复合材料263

第五节石墨烯-纳米微粒复合材料265

第六节石墨烯-碳基材料复合材料266

第七节发展前景267

第十六章石墨烯的产业化——挑战与机遇269

节广阔的前景——3D市场269

第二节国家竞赛271

第三节问题与挑战276

第十七章意义和启示279

节令人期待的“下一个”279

第二节科学家的故事和启示281

本书对石墨烯进行了比较全面的介绍，包括它的发现过程、基本性质、应用领域、制备方法、检测方法、发展前景等。本书是面向大众的科普读物，内容兼具科学性和趣味性。通过阅读本书，读者一方面能够了解石墨烯的专业知识，另一方面，也是更重要的，是让读者了解和体会科学家对自然界的好奇心、对工作的严谨态度以及他们的创新意识。

本书适宜中学生、大学生等青年读者阅读。

  由伟，清华大学材料专业博士毕业，从事材料科学领域的教学、科研、科普等工作。已取得10项发明专利和2项实用新型专利，发表50余篇学术论文，获得中国煤炭工业协会专利奖、河北省煤炭工业协会科技进步奖等奖励，出版了《珠宝鉴定》《琥珀鉴定一本通》等著作。