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全书共分为十一章，前三章主要针对石墨烯的基本特性、检测方法以及制备技术进行介绍，第四章解说石墨烯的掺杂技术，并详述掺杂石墨烯在感测器、复材、能源材料以及半导体元件等相关应用，第五章则是石墨烯在锂电池、超级电容、锂硫、燃料电池和太阳能电池等相关能源材料之最新研究趋势，第六章为石墨烯在透明导电膜之应用概况，第七章探讨氧化石墨烯在光触媒之相关应用，第八章主要着墨石墨烯在燃料电池以及生物感测器之相关应用，第九章则从复材的角度切入，从分散技术探讨石墨烯在导电浆料、导热胶以及纤维纺织之相关应用，第十章为完整的石墨烯专利地图分析，第十一章是以石墨烯在半导体材料以及在高频元件之最新研究概况进行剖析。

铸就未来：前沿材料科学的深度探索 图书名称： 铸就未来：前沿材料科学的深度探索 图书简介： 引言：材料的革命与人类文明的演进 自人类文明诞生之日起，对新材料的探索与掌握就从未停歇。从打磨锋利的燧石，到冶炼坚韧的青铜，再到蒸汽时代的钢铁洪流，材料的每一次重大突破，都深刻地重塑了社会结构、生产力水平乃至全球格局。进入二十一世纪，我们正站在又一个材料科学的黄金时代的门槛上。传统的硅基电子学已接近其物理极限，能源存储的瓶颈亟待突破，极端环境下的工程需求日益苛刻。这一切的答案，都指向了对物质本源更深层次的理解与调控——这便是“前沿材料科学”的使命。 本书《铸就未来：前沿材料科学的深度探索》，旨在为渴望了解当代材料科学最尖端进展的研究人员、工程师、高年级学生乃至对科技前沿抱有浓厚兴趣的读者，提供一个系统、深入且极具洞察力的视角。我们摒弃了对单一明星材料的盲目追捧，转而聚焦于支撑未来科技变革的核心材料范式、设计哲学与前沿交叉领域。全书结构严谨，内容涵盖了从理论基础到实际应用的完整链条，力求展现材料科学家如何以原子或分子尺度为笔墨，描绘出宏观世界的无限可能。 第一部分：量子世界的宏观重塑——功能材料的理论基石 本部分深入探讨了驱动现代功能材料设计的理论框架，这是理解和预测材料性能的关键。我们首先从凝聚态物理的最新进展入手，重点阐述了拓扑材料的奇特电子行为。不同于传统导体或绝缘体，拓扑绝缘体表面的电子态具有极高的鲁棒性，不受微小缺陷的影响，这为开发超低功耗电子器件和量子计算硬件奠定了基础。我们详细解析了三维拓扑绝缘体和拓扑半金属的能带结构计算方法，并探讨了如何利用外部磁场或应变工程来调控其拓扑相变。 随后，我们将视角转向高通量计算与人工智能在材料发现中的应用。传统材料的筛选依赖于耗时的实验试错法，而计算材料学正通过密度泛函理论（DFT）和更高级别的量子化学模拟，构建起庞大的“材料基因组”。本书不仅介绍了如何运用机器学习模型加速晶格结构预测和性能评估，还着重讲解了如何设计新的势函数和数据库，以克服现有算法在处理复杂多组分体系时的局限性。特别地，我们对缺陷工程进行了深入剖析，强调了点缺陷、位错和晶界如何成为调控半导体、光电器件性能的“魔术师”。 第二部分：能源与环境革命的驱动力——新一代储能与催化系统 能源挑战是人类社会可持续发展的核心议题。本部分聚焦于解决能源获取、存储和转化效率问题的关键材料系统。 在固态储能技术领域，我们跳出了传统锂离子电池的框架，深入探讨了全固态电池（ASSB）的挑战与机遇。重点分析了界面阻抗、电解质的离子电导率以及与电极的兼容性问题。书中详细介绍了基于硫化物、氧化物和聚合物的固态电解质的合成路径、晶体结构与锂离子迁移机制的表征技术，如中子散射和原位核磁共振（NMR）。 同时，我们对先进热电材料的潜力进行了评估。热电材料能够实现热能与电能的直接相互转换，是余热回收利用的关键技术。本书阐述了塞贝克系数、电导率和热导率之间的复杂权衡关系，并详细介绍了如何通过“晶格散射调控”和“电子态工程”来同时优化这些参数，实现高ZT值。 在绿色催化方面，重点转向了非贵金属催化剂的开发。针对析氢反应（HER）和析氧反应（OER）这两个核心的水分解过程，本书详细对比了过渡金属硫化物、磷化物以及高熵合金在碱性和酸性环境下的催化活性位点结构、负载效应和长期稳定性。我们强调了精确控制催化剂的纳米结构形貌（如空心球、纳米片、单原子位点）对提高活性和选择性的决定性作用。 第三部分：极端环境下的结构极限——高性能结构与智能材料 现代工程对材料的承受能力提出了前所未有的要求，这驱动了结构材料向着更高强度、更低密度和更强耐受性的方向发展。 本书详尽考察了超高熵合金（HEA）的设计理念。与传统合金只含少数主元不同，HEA的复杂高熵效应带来了独特的机械性能，如超高强度、优异的韧性和蠕变抗力。我们剖析了多主元体系中相分离的动力学过程，并介绍了如何通过计算模拟来预测其在极端温度下的微观结构演变。 此外，对增材制造（3D打印）专用材料的讨论是不可或缺的。增材制造正在彻底改变复杂结构件的制造方式，但其对材料的粉末特性、熔池动力学和最终各向异性提出了新的挑战。本书侧重于金属激光熔融沉积（SLM）中，如何通过优化粉末粒径分布和激光扫描策略，来消除孔隙率，并实现梯度功能结构件的打印。 最后，我们探讨了响应性智能材料的最新突破。这包括形状记忆聚合物、自修复涂层和可拉伸电子材料。特别是对可拉伸电子学的分析，我们深入研究了导电聚合物的分子链重排机制，以及如何利用液体金属合金或微结构设计，使电子元件能够在剧烈形变下保持功能完整性，为可穿戴医疗设备和软体机器人技术开辟了道路。 结语：面向未来的材料设计哲学 《铸就未来：前沿材料科学的深度探索》并非止步于对现有材料的总结，而是致力于阐明一种全新的材料设计范式——从“材料发现”转向“按需设计”。通过跨学科的知识融合，从量子力学到宏观工程，本书试图为读者构建一个完整的知识地图，激励下一代科学家和工程师，利用对物质本质的深刻洞察力，去铸造一个更高效、更可持续、更具适应性的未来世界。本书的深度和广度，将是您理解并参与下一次材料革命的最佳向导。

作者简介

刘伟仁

　　台湾大学化工系博士
　　中原大学化工系副教授

苏清源   

　　清华大学工程与系统科学系博士
　　中央大学机械工程学系能源工程研究所助理教授

江伟宏

　　美国凯斯西储大学化工博士
　　国立台湾科技大学化学工程系助理教授

郭信良

　　台湾大学化工系博士
　　工业技术研究院材料与化工研究所研究员

吴定宇

　　大同大学材料系博士
　　纺织产业综合研究所副组长

陈贵贤

　　美国哈佛大学应用科学博士
　　中央研究院原子与分子科学研究所研究员

许新城

　　台湾科技大学材料科学与工程学系博士
　　台湾大学拟态科学中心博士后研究员

孙嘉良

　　交通大学材料系博士
　　长庚大学化工与材料工程系副教授

许淑婷

　　台湾大学农业化学所生物工业化学组硕士(现更名为微生物与生化学研究所)
　　好德智权服务有限公司总经理

沈骏

　　美国加州圣荷西州立大学电机工程系及土木工程系双学位硕士
　　骏沛应用炭素科技股份有限公司董事长

邱钰蛟

　　清华大学电子工程研究所硕士

萧硕信

　　清华大学电子工程研究所硕士

张峰硕

　　中兴大学化学所无机化学硕士
　　好德智权服务有限公司总经理资深专利工程师

主编简介

刘伟仁

　　台湾大学化工系博士
　　中原大学化工系副教授

第一章　石墨烯简介
1.1　发现及研究进展
1.2　结构
1.3　检测方法
1.4　特性
1.5　制备方法
1.6　应用

第二章　石墨烯的基本特性
2.1　石墨烯的基本物性
2.2　石墨烯的基本电性
2.3　石墨烯电晶体电性分析

第三章　石墨烯的制程技术
3.1　前言
3.2　机械剥离法（Micromechanical exfoliation）
3.3　化学气相沉积法（Chemical vapor deposition）
3.4　氧化还原合成法
3.5　液相剥离法（Liquid phase exfoliation）
3.6　结论

第四章　石墨烯掺杂技术
4.1　异质掺杂石墨烯之简介
4.2　异质掺杂石墨烯之物理性质与化学性质
4.3　异质掺杂石墨烯之方法与制程技术
4.4　异质掺杂石墨烯之应用

第五章　石墨烯在储能材料之应用
5.1　简介
5.2　石墨烯在锂离子电池之应用
5.3　石墨烯在超级电容器之应用
5.4　石墨烯在锂硫电池之应用
5.5　石墨烯在燃料电池之应用
5.6　石墨烯在太阳能电池的应用
5.7　结语

第六章　石墨烯于透明导电应用发展
6.1　背景
6.2　软性透明导电材料简介
6.3　石墨烯制程与透明导电膜应用特性比较
6.4　石墨烯薄膜转移程序
6.5　石墨烯透明导电膜导电特性改善
6.6　石墨烯导电膜量产技术与产品应用现况
6.7　小结

第七章　氧化石墨烯于人工光合作用的应用
7.1　前言
7.2　光触媒
7.3　光触媒反应效率之因素
7.4　石墨烯与氧化石墨烯之发展
7.5　氧化石墨烯在人工光合作用上之应用
7.6　奈米金属添加之氧化石墨烯
7.7　结论

第八章　石墨烯之其他应用
8.1　石墨烯在燃料电池上的应用
8.2　石墨烯在生物感测器上的应用

第九章　石墨烯在复合材料上的应用
9.1　奈米复合材料的基本介绍
9.2　高分子奈米复合材料的制程介绍
9.3　石墨烯复合材料之基本介绍
9.4　石墨烯的介面改质工程
9.5　石墨烯复合材料之应用
9.6　结语

第十章　石墨烯专利地图分析
10.1　石墨烯之美国专利统计分析
10.2　申请人美国公开及公告专利数量历年分布趋势
10.3　石墨烯之各次分类美国专利统计分析
10.4　石墨烯专利检索与分析之结论汇整及建议

第十一章　石墨烯在半导体材料之应用
11.1　半导体科技的演进
11.2　碳材料的起源与发展
11.3　微波的介绍与石墨烯高频元件应用

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，很大程度上源于它在材料科学前沿领域的深度挖掘。我特别欣赏作者对石墨烯光学特性的探讨，其中关于其在透明导电薄膜、光电器件方面的应用，让我看到了石墨烯超越传统材料的巨大潜力。书中对石墨烯吸收和透射光谱的分析，以及它在不同波长下表现出的独特光学行为，都为我打开了新的视野。我还发现，书中对石墨烯的导热性能的讲解也十分到位，它作为一种卓越的导热材料，在散热器、热管理等领域的应用前景广阔。作者不仅列举了相关的研究成果，还对其背后的微观机制进行了深入剖析，让我对石墨烯的高导热性有了更科学的理解。同时，这本书并没有止步于材料本身的性质，而是将视角拓展到了其在各个领域的实际应用。我对于书中关于石墨烯在生物医药领域的应用部分尤为感兴趣，比如它作为药物载体、生物传感器、组织工程支架等，这些都预示着石墨烯将对人类健康产生深远的影响。作者在这里引用了大量的实验案例，让我看到了理论与实践相结合的强大力量。总的来说，这本书以其宏观的视角和微观的细致分析，展现了石墨烯技术作为一个新兴领域所蕴含的无限可能，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

《石墨烯技术》这本书，无疑是一本将理论知识与前沿科技紧密结合的杰作。我特别喜欢书中关于石墨烯在传感器领域的应用章节，这里的描述让我看到了石墨烯在环境监测、医疗诊断等方面的巨大潜力。作者详细解释了石墨烯如何通过其独特的电子结构和高表面积，实现对气体、离子、生物分子等的高灵敏度、高选择性检测。书中提及的石墨烯基化学传感器、生物传感器、压力传感器等，都让我看到了未来智能传感器的发展方向。特别是关于石墨烯在疾病早期诊断方面的应用，比如通过检测体液中的生物标志物，实现癌症、糖尿病等疾病的快速、无创筛查，这让我对医疗科技的未来充满了期待。书中还探讨了如何将石墨烯与其他纳米材料（如金属氧化物、碳纳米管）进行复合，以进一步提高传感器的性能。这种跨学科的融合，展现了石墨烯技术在解决现实世界问题方面的强大能力。这本书让我深刻认识到，石墨烯不仅仅是一种材料，更是一种赋能技术，能够催生出无数创新应用。

评分☆☆☆☆☆

《石墨烯技术》这本书，为我打开了一扇通往微观世界的大门，让我得以窥探一种神奇材料的无限可能。我特别为书中关于石墨烯在水处理领域的应用所吸引。随着全球水资源短缺问题的日益严峻，高效、经济的水净化技术变得至关重要。书中详细介绍了石墨烯及其衍生物（如石墨烯氧化物、多孔石墨烯）在吸附污染物、过滤海水、催化降解有机物等方面的应用。作者通过列举实验数据，展现了石墨烯材料在去除重金属离子、有机染料、细菌等方面的优异性能。我还了解到，利用石墨烯制造的纳滤膜和反渗透膜，能够以更低的能耗实现高效脱盐和净化，这对于解决淡水资源问题具有划时代的意义。书中还探讨了石墨烯在污水处理中的应用，比如利用石墨烯作为催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性，从而实现对工业废水中污染物的有效去除。这本书让我看到了石墨烯技术在解决人类生存挑战方面所能发挥的巨大作用。

评分☆☆☆☆☆

阅读《石墨烯技术》的体验，就像是踏上了一场探索未来材料世界的奇妙旅程。书中对于石墨烯在能源储存领域的应用，是我最为关注的部分。电池技术的进步一直是我所期待的，而书中关于石墨烯作为电极材料，如何提升电池的能量密度、功率密度以及循环寿命的论述，让我看到了解决当前储能瓶颈的曙光。作者详细介绍了石墨烯在锂离子电池、钠离子电池甚至固态电池中的应用，并且对不同结构石墨烯材料（如石墨烯纳米片、多层石墨烯等）的性能差异进行了对比分析。此外，书中对石墨烯在超级电容器方面的介绍也让我印象深刻。超级电容器因其高功率密度和长循环寿命，在电动汽车、便携式电子设备等领域具有重要应用价值，而石墨烯材料的引入，无疑将进一步提升其性能。作者在这里不仅阐述了石墨烯如何提高电容值，还探讨了如何通过复合材料设计来优化电解质与石墨烯的界面，以实现更高效的电荷存储。这本书的深度和广度都令人赞叹，它不仅为我提供了丰富的知识，更激发了我对未来科技发展的无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《石墨烯技术》之后，我几乎是迫不及待地翻阅起来。我最先吸引我的，是书中对于石墨烯的发现历史那一章，作者笔下的故事充满了传奇色彩，从两位科学家灵光一闪的奇思妙想，到后来艰辛的实验过程，再到最终获得诺贝尔奖的荣耀，这一切都被描绘得引人入胜。这让我不仅仅是将石墨烯视为一种材料，更是一位历史的见证者。然后，我深入阅读了关于石墨烯的制备技术，书中详细介绍了化学气相沉积（CVD）、机械剥离、氧化还原等多种方法，并且对每种方法的优缺点、适用范围都有清晰的说明。我特别关注了CVD方法，因为这似乎是目前大规模制备高质量石墨烯的主要途径。作者在这里没有简单地罗列步骤，而是深入分析了影响石墨烯质量的关键因素，比如前驱体气体、衬底材料、生长温度等，并且提供了很多实验数据和图谱，让我能够直观地理解这些参数的重要性。接着，我被书中关于石墨烯的机械性能章节深深吸引。那些关于它超强的拉伸强度、极高的杨氏模量等描述，都让我觉得不可思议。作者通过将其与钢材等传统材料进行对比，用量化的数据展现了石墨烯在力学方面的优势，这让我联想到未来石墨烯可能在航空航天、汽车制造等领域带来的革命性变革。这本书的专业性和易读性达到了一个很好的平衡，既有深度又不至于晦涩难懂，对于我这样的非专业读者来说，是一本非常好的入门读物。

评分☆☆☆☆☆

《石墨烯技术》这本书，给我留下了极其深刻的印象，它以一种既严谨又富有启发性的方式，展现了石墨烯的非凡魅力。我之所以对这本书推崇备至，是因为它在探索石墨烯环境友好型应用方面做得尤为出色。书中详细阐述了石墨烯在催化领域的应用，特别是作为光催化剂或催化剂载体，用于降解环境污染物、生产清洁能源。作者深入分析了石墨烯如何通过其独特的电子特性，提高光催化剂的活性和稳定性，从而实现对有机污染物的高效降解，以及在光催化制氢、二氧化碳还原等方面的应用。我还了解到，石墨烯还可以用于吸附和去除水体中的重金属离子和持久性有机污染物，并且通过其本身或与其他吸附剂的复合，能够实现高效的污染物分离。书中还提及了石墨烯在环境监测方面的应用，例如用于开发高灵敏度的传感器，能够实时监测空气和水体中的有害物质。这本书让我看到了石墨烯技术在推动可持续发展、实现绿色制造方面所扮演的积极角色，其前瞻性和实用性都令我赞叹不已。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就吸引了我，简约却富有科技感，黑白灰的配色巧妙地暗示了石墨烯的本质。我拿到书时，首先浏览了一下目录，感觉内容非常扎实，从最基础的石墨烯是什么，它的发现历程，到各种制备方法，再到其令人惊叹的物理化学性质，都做了详尽的阐述。我尤其对书中关于石墨烯在电子领域的应用部分很感兴趣，比如它如何能够大幅提升半导体器件的性能，甚至颠覆我们现有的电子产品设计。作者在讲解这些前沿技术时，并没有回避复杂的科学原理，而是用一种循序渐进的方式，配合图表和实例，让即使是像我这样的非专业读者也能大致理解。比如，书中对石墨烯的载流子迁移率的解释，虽然涉及到量子力学的一些概念，但作者通过类比和形象化的描述，让我得以窥见其为何如此高效。此外，书中还探讨了石墨烯在能源领域的潜力，比如在电池和超级电容器中的应用，这对于我这个对新能源技术一直很关注的人来说，简直是如获至宝。作者并没有仅仅停留在理论层面，还引用了许多最新的研究成果和专利技术，这让我感觉到这本书的生命力很强，并非一本陈旧的教科书。读完第一部分，我对于石墨烯的基本认知已经建立起来，并且对它未来的发展充满了期待，这本书无疑为我打开了新世界的大门，让我对这个神奇的材料有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜，是它对石墨烯在复合材料领域应用的深入探讨。我一直对如何利用先进材料来提升传统材料的性能很感兴趣，而书中关于石墨烯作为增强剂，如何赋予聚合物、陶瓷、金属等材料前所未有的强度、韧性和导电性，让我大开眼界。作者详细介绍了石墨烯与各种基体材料的界面相互作用机理，以及如何通过控制石墨烯的添加量、分散状态和表面处理，来优化复合材料的宏观性能。书中列举了大量的具体案例，比如石墨烯增强的碳纤维复合材料在航空航天领域的应用，石墨烯改性塑料在汽车轻量化中的潜力，以及石墨烯/陶瓷复合材料在耐磨损和耐高温方面的优势。这些生动的例子，让我深刻理解了石墨烯在提升材料性能方面所扮演的关键角色。此外，书中对石墨烯在防腐蚀、阻燃等方面的应用也做了介绍，进一步拓展了我对这种材料应用边界的认识。这本书不仅仅是关于石墨烯本身，更是关于如何利用石墨烯来革新整个材料工业，其前瞻性和实践性都给我留下了深刻的印象。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解石墨烯的制备和表征方法时，展现出了极高的专业性和严谨性。我尤其关注了书中对原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）等表征技术在研究石墨烯结构和形貌方面的应用。作者通过展示大量的显微图像，让我得以直观地看到石墨烯单层、多层结构以及缺陷的存在。同时，书中还详细介绍了拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）等技术在分析石墨烯的化学成分、电子结构和声子散射特性方面的作用。这些详细的图谱和数据分析，让即使是我这样的初学者，也能逐步理解这些复杂的技术是如何揭示石墨烯的奥秘的。此外，书中还涉及到了石墨烯的尺寸效应、边缘效应等基本概念，并且解释了这些效应如何影响石墨烯的宏观性能。作者的讲解方式非常清晰，循序渐进，使得我对这些材料科学的基本原理有了更深刻的认识。这本书的价值在于，它不仅提供了石墨烯的“是什么”和“能做什么”，更深入地探讨了“为什么”，这种探索精神让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它不仅涵盖了石墨烯的基础知识，更深入地探讨了其在多个前沿领域的应用前景。我尤其着迷于书中关于石墨烯在3D打印技术中的应用。3D打印作为一种颠覆性的制造技术，正在深刻地改变着产品设计和生产方式。而石墨烯的引入，更是为3D打印材料带来了革命性的提升。书中详细介绍了如何将石墨烯添加到3D打印墨水中，以提高打印件的机械强度、导电性和导热性。作者列举了各种石墨烯基3D打印材料的配方和工艺，以及它们在航空航天、医疗器械、电子器件等领域的应用案例。比如，利用石墨烯打印的柔性电子器件，能够实现可穿戴设备的创新；利用石墨烯打印的轻质高强结构件，能够应用于无人机和机器人。我还了解到，通过将石墨烯与生物相容性材料结合，可以打印出用于组织工程和药物释放的支架。这本书让我看到了石墨烯如何与另一项颠覆性技术——3D打印——相结合，共同塑造着未来的制造格局。