前言

作为自然界中最重要的元素之一，碳元素参与了自然界中的众多反应，同时人类的衣食住行乃至自身的繁衍生息都离不开碳元素。在材料科学领域，近年来碳材料的相关研究十分活跃，各种基于碳的纳米结构和材料层出不穷。作为碳纳米材料家族中的新成员，石墨烯自从被Geim和Novoselov首次发现后就受到了全世界的广泛关注，成为时代的“新宠儿”。石墨烯作为一种由碳原子以sp ² 杂化形成的六角蜂巢型二维原子晶体，拥有其他材料无可比拟的独特性质。石墨烯是已知强度最高的材料之一，其理论杨氏模量达1.06 TPa，固有的拉伸强度为130 GPa。本征石墨烯在室温下的载流子迁移率高达200000 cm ² ·V ^-1 ·s ^-1 ，理论值为10 ⁶ cm ² ·V ^-1 ·s ^-1 ，远超过传统硅材料。此外，石墨烯在已知碳材料中拥有最高的热导率（高达5300 W·m ^-1 ·K ^-1 )、优异的光学特性和巨大的比表面积（2630 m ² ·g ^-1 ），这些特征使其在柔性电子器件、纳电子器件、光子传感器、集成电路、高性能复合材料及多种能量转换和存储器件中拥有广阔的应用前景。

由于石墨烯资源丰富、基础研究实力强大和相关产业化发展迅速，中国一直是石墨烯研究和应用开发领域最为活跃的国家之一。目前，全球石墨烯专利超过半数来自中国，且中国科研工作者发表的相关学术论文数量居于世界第一。此外，在产业化方面，中国有望将石墨烯批量应用于手机触摸屏、导电浆料、防腐涂层及二次电池等领域。毫无疑问，石墨烯会走进人们的生活并带动全球新技术新产业的发展。然而，理论上的可行并不能确保石墨烯产业化一帆风顺。一方面，实验室和工业批量制备的石墨烯仍存在很多结构和特性方面的缺陷，距离各项理论值仍有较大差距；另一方面，由于成本等问题，石墨烯目前仍未有重大规模化产业应用，需要更多科研工作者加入到探索石墨烯的队伍中来。

本书从石墨烯的发展史出发，深入浅出地介绍了石墨烯的结构、特性、制备方法、化学修饰与功能化、微结构调控、组装技术以及组装体在能量转换和储存等方面的应用，各章节之间的内容既相互关联，又有各自的侧重点，概括了科研工作者们这些年在石墨烯领域的知识沉淀。此外，本书着重于介绍化学手段调控石墨烯表面化学、微观和宏观结构，详细阐述了石墨烯的化学特性、修饰方法及其形成介观-微观-宏观组装体过程中涉及的表界面相互作用、组装原理和技术，适合于石墨烯领域各个层次、阶段的研究人员学习和阅读。

感谢刘忠范院士对本书内容的指导。感谢课题组高雪、高昆、王嘉琪、梁含雪、韩雨洋、李增领、钟贵林、卢冰和邵长香等同学对本书内容的收集整理工作。感谢华东理工大学出版社对本书出版的大力支持，无诸君，事难成。感谢国家自然科学基金中意合作项目NSFC-MAECI（51861135202）的资助。

需要指出的是，尽管编者已尽最大努力，但由于石墨烯领域卷帙浩繁且日新月异，书中难免有疏漏和不足，恳请各位读者批评指正。

编著者
2019年4月　于北京良乡