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本書首先簡單介紹碳的各種同素異形體的分類、結構和性質。隨後是本書的主要內容,闡述各類納米碳,主要包括石墨烯、富勒烯、碳納米管和碳量子點的結構、性質、表徵、製備方法和應用。納米碳的表徵方法和相關技術是本書的重要內容,本書對每種納米碳材料的結構和主要性能都詳細闡述相應的表徵方法,舉以實例,為讀者提供有效的研究建議。書中列出大量參考文獻,可供讀者作延伸閱讀。
本書可供從事納米碳和相關領域研究與產業工作的科技人員和高等院校師生參考。
第1章碳的同素異形體1
1.1碳的同素異形體1
1.2納米碳5
參考文獻7
第2章石墨烯8
2.1石墨烯的結構8
2.2石墨烯的性質9
2.2.1物理性質9
2.2.2化學性質11
2.3石墨烯的表徵12
2.3.1拉曼光譜術12
2.3.2電子顯微像、電子衍射花樣和能量損失譜術24
2.3.3原子力顯微術和掃描隧道顯微術29
2.3.4光學顯微術35
2.3.5元素分析38
2.4石墨烯的製備41
2.4.1剝離法41
2.4.2外延生長法45
2.4.3化學氣相沉積法48
2.4.4氧化還原法55
2.5石墨烯的應用58
2.5.1石墨烯在複合材料中的應用58
2.5.2石墨烯在電子學和電學相關領域的應用75
2.5.3石墨烯在生物醫學領域的應用76
參考文獻77
第3章富勒烯84
3.1概述84
3.1.1C60的意外發現84
3.1.2形狀與幾何85
3.1.3天然存在的富勒烯86
3.2富勒烯的結構及製備87
3.2.1結構與穩定性87
3.2.2富勒烯的分類89
3.2.3C60的製備方法90
3.2.4富勒烯的形成機理92
3.3富勒烯的性質93
3.3.1物理性質93
3.3.2化學性質95
3.4富勒烯及其衍生物的應用96
3.4.1醫學方面的應用96
3.4.2光電材料應用97
3.4.3超導材料應用98
3.4.4電化學感測器98
3.4.5催化性能應用99
3.5富勒烯的表徵99
3.5.1質譜分析99
3.5.2紫外-可見-近紅外吸收光譜101
3.5.3紅外光譜102
3.5.4拉曼光譜103
3.5.5X射線衍射法104
3.5.613C核磁共振譜105
3.5.7電子顯微術和掃描隧道顯微術107
3.5.8高能光譜技術107
參考文獻108
第4章碳納米管113
4.1概述113
4.2碳納米管的基本結構113
4.3碳納米管的基本性質117
4.3.1力學性質117
4.3.2電學性質119
4.3.3熱學性質120
4.3.4光學性質120
4.3.5化學性質120
4.3.6碳納米管的毒性問題124
4.4碳納米管的表徵124
4.4.1拉曼光譜術124
4.4.2碳納米管形變的拉曼光譜行為130
4.4.3電子顯微術135
4.4.4電子衍射術和中子衍射術141
4.4.5掃描探針顯微術143
4.5碳納米管的製備和純化146
4.5.1碳納米管的製備146
4.5.2碳納米管的純化151
4.6碳納米管/聚合物複合材料及其介面行為152
4.6.1概述152
4.6.2納米管的分散和複合材料的製備153
4.6.3碳納米管/聚合物複合材料的介面行為158
4.6.4力學性質的測量168
4.6.5碳納米管的取向169
4.7碳納米管感測器173
4.7.1拉曼力學感測器173
4.7.2氣體感測器174
4.7.3生物和物理感測器174
4.8碳納米管針尖175
4.9碳納米管的其他應用177
參考文獻177
第5章碳量子點的製備、性質和應用187
5.1前言187
5.2碳量子點的製備方法188
5.2.1電弧放電法188
5.2.2鐳射剝離(刻蝕)法189
5.2.3電化學氧化法190
5.2.4化學氧化法190
5.2.5水熱法191
5.2.6微波輔助法192
5.2.7溶液化學法192
5.2.8燃燒法192
5.3碳量子點的基本性質193
5.3.1結晶性質193
5.3.2光學性質193
5.3.3低毒性和生物相容性197
5.4碳量子點的化學修飾197
5.4.1表面鈍化及發光調控197
5.4.2CQDs的功能化198
5.5碳量子的應用199
5.5.1生物領域199
5.5.2光催化應用204
5.6表徵手段204
5.6.1常用方法204
5.6.2微觀結構表徵205
5.6.3化學結構表徵208
5.6.4生物成像表徵209
參考文獻211
第6章表徵技術219
6.1概述219
6.2高能電子流與試樣物質的相互作用221
6.3透射電子顯微術222
6.3.1概述222
6.3.2儀器和工作模式223
6.3.3圖像襯度形成機制227
6.3.4像差校正術233
6.3.5斷層成像術234
6.3.6選區電子衍射235
6.3.7試樣製備技術236
6.4掃描電子顯微術238
6.4.1概述238
6.4.2掃描電鏡的成像原理和結構239
6.4.3SEM中檢測的各種信號的性質241
6.4.4結構細節、解析度和襯度243
6.4.5圖像襯度機制246
6.4.6試樣準備249
6.5拉曼光譜術250
6.5.1拉曼光譜術的適用範圍250
6.5.2拉曼散射和拉曼光譜251
6.5.3儀器和主要技術256
6.5.4拉曼光譜的雜訊及其減除261
6.5.5試樣準備和安置264
6.6掃描探針顯微術265
6.6.1概述265
6.6.2掃描隧道顯微術266
6.6.3AFM的主要功能267
6.6.4AFM的成像原理和儀器學269
6.6.5AFM的操作模式和成像模式273
6.6.6納米碳的AFM表徵實例278
6.7多方法聯用術279
6.7.1概述279
6.7.2拉曼光譜術與AFM的聯合280
6.7.3拉曼光譜術與SEM的聯合287
6.7.4SEM-SCA系統288
6.7.5拉曼光譜術與紅外光譜術的聯合291
6.7.6AFM/IR-ATR系統292
6.7.7AFM和TEM的聯合應用293
參考文獻294
