第1章 石墨烯概述
１.１ 石墨烯发展概述
１.１.１ 石墨烯的起源
１.１.２ 石墨烯的结构
１.１.３ 石墨烯的性质
１.１.４ 石墨烯产业发展概述
１.２ 石墨烯在化学电源中的应用
１.２.１ 石墨烯在电容器中的应用
１.２.２ 石墨烯在锂离子电池中的应用
１.２.３ 石墨烯在锂硫电池中的应用
１.２.４ 石墨烯在储氢领域的应用
１.２.５ 石墨烯在太阳能电池中的应用
１.２.６ 石墨烯在锂空气电池中的应用
１.２.７ 石墨烯在铝空气电池中的应用
１.２.８ 石墨烯在能源发电装置中的应用
参考文献
第2章 石墨烯的制备
２.１ 简介
２.２ 机械制备法
２.２.１ 机械剥离机制
２.２.２ 微机械剥离
２.２.３ 球磨
２.２.４ 其他
２.３ 纳米管裁切
２.４ 淬火法
２.５ 化学气相沉积（CVD法）
２.５.１ 热化学气相沉积
２.５.２ 等离子增强化学气相沉积
２.６ 氧化还原法
２.６.１ Hummers方法制备氧化石墨
２.６.２ 氧化石墨制备石墨烯
２.７ 液相剥离法
２.７.１ 有机分子插层
２.７.２ 离子交换
２.７.３ 超声波裂解
２.７.４ 碱金属插层化学剥离
２.８ 外延生长法
２.９ 其他
２.９.１ 溶剂热法
２.９.２ 原位自生模板法
２.９.３ 爆炸还原法
２.９.４ 电化学方法
２.９.５ 高温热处理
２.９.６ 电化学剥离
２.９.７ 再生催化微波辐射
２.９.８ 激光还原
２.９.９ 喷雾热解
２.１０ 目前存在的主要问题
２.１０.１ 石墨烯制备方法存在的问题
２.１０.２ 氧化还原途径制备的石墨烯存在的问题
参考文献
第3章 石墨烯在双电层电容器中的应用
３.１ 石墨烯基EDLC
３.１.１ 石墨烯改进型结构
３.１.２ 石墨烯孔径优化
３.１.３ 石墨烯在柔性电容器中的应用
３.２ 石墨烯复合材料在EDLC中的应用
３.２.１ 石墨烯片、石墨烯网等二维石墨烯材料与其他碳材料的复合
３.２.２ 石墨烯球、石墨烯气凝胶、还原氧化石墨烯等三维石墨烯材料与其他碳材料的复合
３.２.３ 其他新型石墨烯与碳材料的复合
参考文献
第4章 石墨烯基赝电容
４.１ 石墨烯／金属氧化物
４.１.１ 石墨烯／氧化钌
４.１.２ 石墨烯／锰系氧化物
４.１.３ 石墨烯／氧化镍
４.１.４ 石墨烯／铁氧化物
４.１.５ 石墨烯／钴氧化物
４.２ 石墨烯／导电聚合物
４.２.１ 石墨烯／聚苯胺
４.２.２ 石墨烯／聚吡咯
４.３ 石墨烯／杂原子掺杂碳材料
４.３.１ 掺杂杂原子石墨烯的制备方法
４.３.２ 杂原子掺杂石墨烯材料在电容器中的应用
４.３.３ 杂原子掺杂调整对石墨烯材料的影响
４.３.４ 其他杂原子掺杂石墨烯材料的制备方法
４.４ 石墨烯／新型赝电容材料
４.４.１ 石墨烯／氧化镍复合材料
４.４.２ 石墨烯／氧化钴复合材料
４.４.３ 石墨烯／二氧化锰复合材料
４.４.４ 石墨烯／其他复合材料
参考文献
第5章 石墨烯混合型电容器
５.１ 锂离子混合电容器体系
５.１.１ 锂离子电容器的工作原理
５.１.２ 锂离子电容器的国内外研究现状及相关产业进展
５.１.３ 锂离子混合电容器的应用领域
５.２ 钠离子混合电容器
５.２.１ 纯石墨烯材料正负极
５.２.２ 石墨烯 金属氧化物复合材料负极
５.２.３ 小结
参考文献
第6章 石墨烯电容器工程化技术
６.１ 石墨烯电容器的工艺制备流程
６.２ 石墨烯电容器的电极制备
６.２.１ 湿法电极制备工艺
６.２.２ 拌浆工艺
６.２.３ 涂覆工艺
６.２.４ 碾压工艺
６.２.５ 干法电极制备工艺
６.３ 石墨烯电容器单体组装工艺
６.３.１ 纽扣式
６.３.２ 卷绕式
６.４ 检测方法与标准
６.５ 测试标准对比分析
６.５.１ 国际有关电容器的标准
６.５.２ 国内有关电容器的标准
６.５.３ 标准的对比
６.６ 纽扣式电容器的市场
６.６.１ 纽扣式电容器的市场情况
６.６.２ 纽扣式电容器的主要生产厂家及应用领域
参考文献
第7章 石墨烯电容的应用
７.１ 城市轨道交通车辆
７.１.１ 部分无接触网型有轨电车
７.１.２ 全程无网储能式有轨电车
７.１.３ 地铁
７.１.４ 混合动力动车组
７.２ 新能源汽车
７.２.１ 纯电容公交车
７.２.２ 混合动力汽车
７.２.３ 乘用车
７.２.４ 其他
７.３ 工程车辆
７.４ 船舶
７.５ 重型机械
７.６ 智能电网
参考文献
第8章 石墨烯电容器专利分析
８.１ 前言
８.２ 石墨烯电容器专利整体态势分析
８.２.１ 全球专利申请态势
８.２.２ 国家和地区分析
８.２.３ 技术布局
８.２.４ 专利技术生命周期分析
８.３ 全球主要国家及地区专利申请量分析
８.４ 中国专利申请分析
８.４.１ 中国专利发展趋势及专利类型分析
８.４.２ 重点申请人分析
８.４.３ 石墨烯生产的主要企业分析
８.５ 小结
８.６ 建议
参考文献
索引
1．1 石墨烯发展概述
1．1．1石墨烯的起源
碳——自然界万事万物中要的物质，在元素周期表中，其位于第2周期第4主族，以单质和化合物的形式广泛分布在自然界中，是构成有机生命体的重要元素，维系着人类的生存和发展。碳元素核外电子排布方式为lsa2sa2p~，当碳原子与碳原子之间相互成键时，碳原子的2s电子会同2p轨道电子以sp的形式进行杂化，形成sp、sp2、s矿三种不同的杂化轨道，构筑了丰富多彩的碳质材料世界。1985年，零维(0D)富勒烯(Fullerene)的发现，开辟了碳纳米材料的新时代，1991年，一维(1D)碳纳米管(carbon Nan()_Tube，CNT)的发现，则又进一步推动了人们对碳材料的认识。自此，零维的富勒烯、一维的碳纳米管、“二维”的石墨、三维的金刚石组成了完整的碳系家族，如图1—1所示。但石墨并不是真正意义上的二维材料，单层碳原子厚度的石墨才是准二维结构的碳材料。由于二维晶体在平面内具有无限重复的周期结构，但在垂直平面的方向只具有纳米尺度，可以看作是宏观尺寸的纳米材料，表现出许多的性质。因此，人们一直在试图找到一种方法来制备出碳元素的准二维材料。
关于碳元素的准二维材料存在的可能性，科学界一直有争论。早在 1934年，Peierls就提出准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性， 在室温环境下会迅速分解或拆解。1966年，Mermin和Wagne‘提出 Mermin—wagner理论，指出长的波长起伏也会使长程有序的二维晶体 受到破坏。因此碳元素的准二维材料只是作为研究碳质材料的理论模 型，一直未受到广泛关注。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·海姆 (Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya NoVoseloV)成功分 离出稳定的碳元素的准二维材料，而他们分离的方法也极为简单，他们把……在或是沉积在基底上的石墨烯都不是平整，而是在表面存在本征的微观尺度的褶皱，蒙特卡洛模拟和透射电子显微镜都证明了这一点。这种微观褶皱在横向上的尺度为8～10 nm，纵向尺度为0．7～1．0 nm。这种三维的变化可引起静电的产生，所以使石墨单层容易聚集。同时，褶皱大小不同，石墨烯所表现出来的电学及光学性质也不同。
除了表面褶皱之外，在实际中石墨烯也不是存在的，而是会有各种形式的缺陷，包括形貌上的缺陷(如五元环，七元环等)、空洞、边缘、裂纹、杂原子等。这些缺陷会影响石墨烯的本征性能，如电学性能、力学性能等。但是通过一些人为的方法，如高能射线照射，化学处理等引入缺陷，却能有意地改变石墨烯的本征性能，从而制备出不同性能要求的石墨烯器件。
1．1．3石墨烯的性质
石墨烯是一种超轻材料，面密度为0．77 mg／m。，其主要具备以下性能。(1)具有超强的导电性。在室温下，石墨烯的电子迁移率高达2×10s cm。／(v．s)，比碳纳米管或晶体硅高，比硅高200倍。(2)具有超强的导热性。石墨烯的热导率高达5 300 W／(m·K)，优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数十倍。(3)具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。(4)具有超强的透光性。石墨烯的吸光率小，透光率高达97．7％。(5)具有超高的比表面积。石墨烯的比表面积高达2 630 m。／g，比普通的活性炭高出1 000 m2／g。
1．石墨烯的电学性能
石墨烯的每个碳原子均为sp。杂化，并贡献剩余一个P轨道电子形成丌键，丌电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来的原子而发生散射……
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。
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