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石墨烯材料基本原理與新興應用

為了解決石墨烯功能的問題，作者（美）阿舒塔什·蒂瓦里（瑞典）米凱爾·西瓦賈維 這樣論述：

阿舒塔什·蒂瓦裡、米凱爾·西瓦賈維主編的《石墨烯材料基本原理與新興應用》探討了製備單層石墨烯、功能化納米片的各種方法。採用這些方法可以製備具有不同架構的石墨烯材料，它們具有獨特的理化性能，如大型表面區域，電導率和機械強度好、高的熱穩定性和柔韌性。全書分為上、下兩部分共11章，就石墨烯材料的加工、性質與技術進展提供了內容翔實的現代篇章，其中涉及多功能石墨烯片、表面功能化、共價納米複合材料、補強納米晶片複合材料等，旨在探索石墨烯材料的廣泛應用。 本書適合於材料科學領域及在半導體晶體與納米結構材料生長領域專業人員閱讀，也適合相關專業的大學師生閱讀參考。 上篇 石墨烯與石墨烯基納

米複合材料基礎 第1章 石墨烯與相關二維材料 1．1 前言 1．2 以改良版Hummers法製備氧化石墨烯 1．3 氧化石墨烯在有機溶劑中的分散 1．4 類紙狀氧化石墨烯 1．5 氧化石墨烯與石墨烯的薄膜 1．6 氧化石墨烯納米複合材料 1．7 石墨烯基材料 1．8 其他二維材料 1．9 結論 參考文獻 第2章 石墨烯表面功能化 2．1 前言 2．2 石墨烯的非共價功能化 2．3 石墨烯的共價功能化 2．4 石墨烯-納米粒子 2．5 結論 參考文獻 第3章 功能性三維石墨烯網路的架構與應用 3．1 前言 3．2 應用 3．3 總結、結論與展望 縮寫 參考文獻 第4章 共價石墨烯-聚合物納米複合

材料 4．1 前言 4．2 石墨烯在聚合物補強中的性能 4．3 石墨烯與類石墨烯材料 4．4 生產方法 4．5 石墨烯化學 4．6 傳統石墨烯-基聚合物納米複合材料 4．7 共價石墨烯-聚合物納米複合材料 4．8 “接枝-於”方法 4．9 “接枝-到”方法 4．1 0結論 致謝 參考文獻 下篇 石墨烯在能量、健康、環境與感測器領域的新興應用 第5章 石墨烯納米片補強的鎂基複合材料 5．1 前言 5．2 石墨烯納米片對純鎂機械性能的影響 5．3 石墨烯納米片（GNPs）和多壁碳納米管（MWCNTs）對純鎂機械性能的協同效應 5．4 加入石墨烯納米片（GNPs）對鎂一鈦合金強度與塑性的影響 5．

5 石墨烯納米片對Mg-1％Al-1％Sn合金抗拉性能的影響 致謝 參考文獻 第6章 儲能用石墨烯及其衍生物 6．1 前言 6．2 鋰電池中的石墨烯 6．3 超級電容器中的石墨烯 6．4 總結 參考文獻 第7章 石墨烯-聚吡咯納米複合材料：高性能超級電容器的理想電活性材料 7．1 前言 7．2 可再生能源 7．3 能量存儲的重要性 7．4 超級電容器 7．5 超級電容的原理與操作 7．6 超級電容器的電極材料 7．7 石墨烯-基超級電容器及其局限性 7．8 石墨烯-聚合物-複合材料-基超級電容器 7．9 石墨烯-聚吡咯納米複合材料基超級電容器 7．1 0製造超級電容器用石墨烯-聚吡咯納米複合材

料 7．1 1石墨烯-聚吡咯納米複合材料-基超級電容器的性能 7．1 2總結與展望 參考文獻 第8章 由疏水ZnO固定的石墨烯納米複合材料提高短路電流密度的本體異質結太陽能電池 8．1 前言 8．2 OPV的經濟預期 8．3 器件架構 8．4 工作原理 8．5 合成疏水納米材料的實驗步驟 8．6 合成的ZnO納米粒子與ZnO修飾的石墨烯複合材料的表徵 8．7 混合型太陽能電池的製造與表徵 8．8 結論 致謝 參考文獻 第9章 用於能量存儲與生物傳感的三維石墨烯雙金屬納米催化劑泡沫 9．1 背景與前言 9．2 製備與表徵用於H2O2基電化學生物感測器的三維石墨烯泡沫負載的鉑-釕雙金屬納米催化劑

9．3 用於直接甲醇與直接乙醇燃料電池的三維石墨烯泡沫負載的鉑-釕雙金屬納米催化劑 9．4 結論 致謝 參考文獻 第10章 採用石墨烯和石墨烯一基納米複合材料的電化學傳感與生物傳感平臺 10．1 前言 10．2 石墨烯及其衍生物的製造 10．3 石墨烯及其衍生物的性質 10．4 石墨烯的電化學 10．5 石墨烯與石墨烯基納米複合材料作為電極材料 10．6 電化學傳感／生物傳感 10．7 挑戰與未來趨勢 參考文獻 第11章 石墨烯電極在健康與環境監測中的應用 11．1 基於納米結構材料的生物感測器 11．2 電化學（生物）感測器製造中採用的石墨烯納米材料 11．3 健康監測適用的微型化石墨烯納米

結構生物感測器 11．4 環境監測中的微型化石墨烯納米結構生物感測器 11．5 結論與展望 致謝 參考文獻 石墨烯是一種二維（2D）密堆積的單層碳原子，具有類蜂巢狀晶體結構。可以將石墨烯視為三維（3D）石墨、准一維（1D）碳納米管和准零維（OD）富勒烯的結構單元。石墨烯也是一種在價帶與導帶（零帶隙半導體）之間存在微小重疊的半金屬。直至2004年，人們才知道以獨立形態存在的石墨烯。在那之前，人們的認知裡只有一維或零維的存在形式，或許有些人還知道三維結構的石墨，這是由石墨烯片組成的材料，具有晶面內的強鍵合與片層之間弱如范德華力的耦合。此外，人們也曾推測，一個單獨的二維石墨烯片在

熱力學上是不穩定的。只是到了2004年，來自曼徹斯特的研究者康斯坦丁·諾沃肖洛夫和安德列·海姆才證明，確實有可能實現穩定的單層和少層石墨烯片。正因為二維石墨烯材料的這一開創性實驗，這兩位學者榮獲了2010年的諾貝爾物理學獎。利用黏膠帶巧妙地解理石墨樣品，兩位學者首次得到了真正的石墨烯。 直接觀察成功分離出來的石墨烯單層已經激發了人們與日俱增的巨大興趣。短短幾年的時間裡，就聚集起為數眾多的科技界人士積極投身于這種奇妙材料的研究，孜孜不倦地探索其不凡性質。僅在2010年，已經有大約3500篇與石墨烯相關的科學論文公開發表，呈現出可喜的百家爭鳴之勢。鑒於石墨烯在磁場與低溫下的特殊電子行為，自然引起

了介觀物理學家的好奇心。放眼科技前沿，當今的科學活動中有很大一部分內容涉及到石墨烯的探索項目，重點是研究和按需調製這種材料所呈現的從宏觀到分子尺度的傳輸特性。材料科學家們已經捷足先蹬，迅速抓住了利用石墨烯某些有益性質的機會，而且正在探索將石墨烯摻入實用器件與材料的多種方式。

石墨烯功能進入發燒排行的影片

石墨烯功能性改質於鋰離子電池負極材料 之研究

為了解決石墨烯功能的問題，作者安札瑪 這樣論述：

在儲能領域當中，電極材料提供離子傳輸與儲存，對於提升電化學效能至關重要。而在鋰離子電池(LIBs)技術中，由於矽和鋰金屬都具有高理論電容(>3000 mAh g-1)，因此使他們成為下一代陽極LIBs的候選。然而，Si陽極卻具有一些關鍵的問題，例如在鋰化/脫鋰過程中體積的急遽變化、不穩定的固態電解質界面(SEI)和低的導電性等限制。由於石墨烯具有的高比表面積、高電導率和良好的機械性能等多種性能，因此使用石墨烯作為電極材料進行多功能性的表面改質，是一個理想的策略。在本文中，提出了兩種使用電化學剝離石墨烯(ECG)修飾矽表面作為陽極材料的策略。首先，通過噴霧乾燥法將ECG包覆的Si奈米顆粒(Si

NPs)呈現出獨特的核殼結構，且具有微米級的球形和空隙空間、可預留體積膨脹空間並提升矽的導電性。結果顯示，少層的ECG包裹的矽球(Si@FL-GB) 陽極顯示出2882.3 mAh g-1的高初始放電電容值、在0.2 A g-1時的初始庫倫效率(ICE)為86.9%以及在高電流密度(3 A g-1)下達到1360.9 mAh g-1的高性能。 其次，我們通過引入氨氣(NH3)作為氮的前驅物將Si@ECGB的表面層，將其改質成Si3N4和氮摻雜的石墨烯，以做後續研究。此方法可用於增加電導率、離子遷移率並保護鋰離子電池陽極，在本文中表明，由於有效的鋰化/脫鋰，可以使Si@N-ECGB在300次循

環中維持優異的電化學性能(在5 A g-1時為1171.9 mAh g-1)和穩定性(在3 A g-1高達998.1 mAhg-1)，並且在全電池中(Si@ECGB‖NMC 811 (Ni:Mn:Co=8:1:1))，該電池具有很高的初始電容量(170 mAh g-1)和實現在100個循環後約84%的維持率。這項工作為實現LiB的高電容量和穩定性提供了潛在的策略。此外，對於阻礙鋰金屬電池 lithium metal batteries (LMBs)應用的關鍵問題，包括枝晶生長和重複循環過程中的低庫倫效率，因此我們利用水熱法對ECG表面進行氟化改質，然後藉由電泳沉積(EPD)，在沒有任何黏著劑的

情況下塗佈到銅箔中(對電極)，這些提議被用於LMBs中的人造固態電解質界面(ASEI)，透過FECG增強的ASEI表現出平滑的Li鍍層以及無枝晶鋰剝落的現象。在結果中表明，使用1 wt% LiNO3混合進1 M LiFSi 之電解液所組裝的半電池展示了高穩定性，在1mAh cm-2 的100個循環中達到了99%的平均庫倫效應 average coulombic efficiency (ACE)。並且極化曲線也顯示了長達250小時的優異性能，同等也說明了新穎的石墨烯氟化方式所構成的ASEI可以成功地在無陽極鋰離子電池anode free lithium batteries（AFLBs）中被使用。