本书首先简单介绍碳的各种同素异形体的分类、结构和性质。随后是本书的主要内容,阐述各类纳米碳,主要包括石墨烯、富勒烯、碳纳米管和碳量子点的结构、性质、表征、制备方法和应用。纳米碳的表征方法和相关技术是本书的重要内容,本书对每种纳米碳材料的结构和主要性能都详细阐述相应的表征方法,举以实例,为读者提供有效的研究建议。书中列出大量参考文献,可供读者作延伸阅读。
本书可供从事纳米碳和相关领域研究与产业工作的科技人员和高等院校师生参考。

第1章　碳的同素异形体 1
1.1 碳的同素异形体 1
1.2 纳米碳 5
参考文献 7
第2章　石墨烯 8
2.1 石墨烯的结构 8
2.2 石墨烯的性质 9
2.2.1 物理性质 9
2.2.2 化学性质 11
2.3 石墨烯的表征 12
2.3.1 拉曼光谱术 12
2.3.2 电子显微像、电子衍射花样和能量损失谱术 24
2.3.3 原子力显微术和扫描隧道显微术 29
2.3.4 光学显微术 35
2.3.5 元素分析 38
2.4 石墨烯的制备 41
2.4.1 剥离法 41
2.4.2 外延生长法 45
2.4.3 化学气相沉积法 48
2.4.4 氧化还原法 55
2.5 石墨烯的应用 58
2.5.1 石墨烯在复合材料中的应用 58
2.5.2 石墨烯在电子学和电学相关领域的应用 75
2.5.3 石墨烯在生物医学领域的应用 76
参考文献 77
第3章　富勒烯 84
3.1 概述 84
3.1.1 C60的意外发现 84
3.1.2 形状与几何 85
3.1.3 天然存在的富勒烯 86
3.2 富勒烯的结构及制备 87
3.2.1 结构与稳定性 87
3.2.2 富勒烯的分类 89
3.2.3 C60的制备方法 90
3.2.4 富勒烯的形成机理 92
3.3 富勒烯的性质 93
3.3.1 物理性质 93
3.3.2 化学性质 95
3.4 富勒烯及其衍生物的应用 96
3.4.1 医学方面的应用 96
3.4.2 光电材料应用 97
3.4.3 超导材料应用 98
3.4.4 电化学传感器 98
3.4.5 催化性能应用 99
3.5 富勒烯的表征 99
3.5.1 质谱分析 99
3.5.2 紫外-可见-近红外吸收光谱 101
3.5.3 红外光谱 102
3.5.4 拉曼光谱 103
3.5.5 X射线衍射法 104
3.5.6 13C核磁共振谱 105
3.5.7 电子显微术和扫描隧道显微术 107
3.5.8 高能光谱技术 107
参考文献 108
第4章　碳纳米管 113
4.1 概述 113
4.2 碳纳米管的基本结构 113
4.3 碳纳米管的基本性质 117
4.3.1 力学性质 117
4.3.2 电学性质 119
4.3.3 热学性质 120
4.3.4 光学性质 120
4.3.5 化学性质 120
4.3.6 碳纳米管的毒性问题 124
4.4 碳纳米管的表征 124
4.4.1 拉曼光谱术 124
4.4.2 碳纳米管形变的拉曼光谱行为 130
4.4.3 电子显微术 135
4.4.4 电子衍射术和中子衍射术 141
4.4.5 扫描探针显微术 143
4.5 碳纳米管的制备和纯化 146
4.5.1 碳纳米管的制备 146
4.5.2 碳纳米管的纯化 151
4.6 碳纳米管/聚合物复合材料及其界面行为 152
4.6.1 概述 152
4.6.2 纳米管的分散和复合材料的制备 153
4.6.3 碳纳米管/聚合物复合材料的界面行为 158
4.6.4 力学性质的测量 168
4.6.5 碳纳米管的取向 169
4.7 碳纳米管传感器 173
4.7.1 拉曼力学传感器 173
4.7.2 气体传感器 174
4.7.3 生物和物理传感器 174
4.8 碳纳米管针尖 175
4.9 碳纳米管的其他应用 177
参考文献 177
第5章　碳量子点的制备、性质和应用 187
5.1 前言 187
5.2 碳量子点的制备方法 188
5.2.1 电弧放电法 188
5.2.2 激光剥离(刻蚀) 法 189
5.2.3 电化学氧化法 190
5.2.4 化学氧化法 190
5.2.5 水热法 191
5.2.6 微波辅助法 192
5.2.7 溶液化学法 192
5.2.8 燃烧法 192
5.3 碳量子点的基本性质 193
5.3.1 结晶性质 193
5.3.2 光学性质 193
5.3.3 低毒性和生物相容性 197
5.4 碳量子点的化学修饰 197
5.4.1 表面钝化及发光调控 197
5.4.2 CQDs的功能化 198
5.5 碳量子的应用 199
5.5.1 生物领域 199
5.5.2 光催化应用 204
5.6 表征手段 204
5.6.1 常用方法 204
5.6.2 微观结构表征 205
5.6.3 化学结构表征 208
5.6.4 生物成像表征 209
参考文献 211
第6章　表征技术 219
6.1 概述 219
6.2 高能电子流与试样物质的相互作用 221
6.3 透射电子显微术 222
6.3.1 概述 222
6.3.2 仪器和工作模式 223
6.3.3 图像衬度形成机制 227
6.3.4 像差校正术 233
6.3.5 断层成像术 234
6.3.6 选区电子衍射 235
6.3.7 试样制备技术 236
6.4 扫描电子显微术 238
6.4.1 概述 238
6.4.2 扫描电镜的成像原理和结构 239
6.4.3 SEM 中检测的各种信号的性质 241
6.4.4 结构细节、分辨率和衬度 243
6.4.5 图像衬度机制 246
6.4.6 试样准备 249
6.5 拉曼光谱术 250
6.5.1 拉曼光谱术的适用范围 250
6.5.2 拉曼散射和拉曼光谱 251
6.5.3 仪器和主要技术 256
6.5.4 拉曼光谱的噪声及其减除 261
6.5.5 试样准备和安置 264
6.6 扫描探针显微术 265
6.6.1 概述 265
6.6.2 扫描隧道显微术 266
6.6.3 AFM 的主要功能 267
6.6.4 AFM 的成像原理和仪器学 269
6.6.5 AFM 的操作模式和成像模式 273
6.6.6 纳米碳的AFM 表征实例 278
6.7 多方法联用术 279
6.7.1 概述 279
6.7.2 拉曼光谱术与AFM 的联合 280
6.7.3 拉曼光谱术与SEM 的联合 287
6.7.4 SEM-SCA系统 288
6.7.5 拉曼光谱术与红外光谱术的联合 291
6.7.6 AFM/IR-ATR系统 292
6.7.7 AFM 和TEM 的联合应用 293
参考文献 294