- 科学出版社
- 9787030829535
- 1版
- B5
- 2026-06
作者简介
内容简介
在科学上，以碳原子存在形式对碳材料进行分类，自然界存在三种碳材料。第一种是以三维sp3杂化结构碳原子构成的金刚石，第二种是以二维sp2杂化结构碳原子构成的石墨，第三种是以一维sp杂化结构碳原子构成的白碳。本书简述了金刚石和石墨的合成、结构和应用，介绍了白碳的研究历史，提出了白碳的分类和定义；阐述了合成白碳的各种技术，并重点论述液相激光烧蚀合成白碳的优越性；系统介绍了白碳纳米晶的合成、结构、物性以及可能的应用；总结了白碳研究的最新进展以及有待解决的关键科学技术问题，并预测白碳的合成必将迎来碳科学技术的新时代。
目录
目录
序
第1章 引言 1
参考文献 3
第2章 第一种碳：金刚石 6
2.1 金刚石的历史 6
2.2 金刚石的结构和性质 8
2.2.1 金刚石的结构 8
2.2.2 金刚石的性质 9
2.3 金刚石的合成 10
2.3.1 高温高压合成金刚石 10
2.3.2 化学气相沉积合成金刚石薄膜 11
2.3.3 其他合成技术 13
2.4 金刚石的应用 14
2.4.1 超硬材料 14
2.4.2 光学材料 14
2.4.3 半导体材料 15
2.4.4 量子材料 15
2.4.5 生物医用材料 16
2.5 金刚石的同素异形体 17
2.5.1 六方金刚石 17
2.5.2 体心立方碳 23
2.5.3 新金刚石 25
参考文献 26
第3章 第二种碳：石墨 30
3.1 石墨的历史 30
3.2 石墨的结构和性质 32
3.2.1 石墨的结构 32
3.2.2 石墨的性质 33
3.3 石墨的制备 34
3.4 石墨的应用 35
3.4.1 耐高温材料 35
3.4.2 导电材料 35
3.4.3 润滑材料 36
3.4.4 核石墨 36
3.4.5 其他材料 37
3.5 石墨的同素异形体 37
3.5.1 富勒烯 37
3.5.2 碳纳米管 40
3.5.3 石墨烯 44
参考文献 47
第4章 第三种碳：白碳 49
4.1 白碳的研究历史 49
4.2 白碳的分类和定义 59
4.3 白碳的结构和性质 62
4.3.1 白碳的结构 62
4.3.2 白碳的性质 71
4.4 白碳的同素异形体 73
4.4.1 碳链 73
4.4.2 碳环 78
参考文献 81
第5章 白碳的合成 86
5.1 有机合成技术 86
5.1.1 传统有机合成技术 86
5.1.2 新的有机合成技术：固态聚合 90
5.2 物理气相合成 96
5.2.1 蒸发与凝聚 96
5.2.2 物理气相沉积 102
5.3 化学气相合成 106
5.3.1 有机聚合物热解 106
5.3.2 等离子体热解 107
5.3.3 化学气相沉积 107
5.4 液相激光烧蚀合成白碳及其他亚稳碳相 109
5.4.1 纳米金刚石合成 109
5.4.2 新金刚石合成 119
5.4.3 C8纳米晶合成 125
5.4.4 C8-like碳纳米方块合成 132
5.4.5 白碳纳米晶合成 136
参考文献 142
第6章 白碳晶体结构和性质 149
6.1 白碳晶体结构 149
6.1.1 白碳晶体结构表征 149
6.1.2 白碳晶体结构模型 150
6.1.3 碳链扭折结构的原子图像 152
6.1.4 碳链间范德瓦耳斯作用 161
6.2 白碳晶体性质 168
6.2.1 热稳定性 168
6.2.2 电子结构和输运特性 169
6.2.3 磁性 172
6.2.4 光学性质 179
6.2.5 铁磁性 196
6.2.6 超导性 203
参考文献 207
第7章 白碳纳米晶的应用 212
7.1 可见光驱动的气敏传感器 212
7.1.1 材料制备与器件组装 213
7.1.2 可见光驱动的室温气敏传感特性 214
7.1.3 传感物理机制 219
7.2 高温深紫外光电探测器 222
7.2.1 材料光吸收特性 223
7.2.2 高温深紫外光电响应 224
7.3 荧光和比色双功能探针 229
7.3.1 实验材料与表征技术 230
7.3.2 荧光猝灭和显色活性 231
7.3.3 荧光猝灭和显色特性的机理 235
7.4 光剪裁纳米酶活性 237
7.4.1 材料制备与表征技术 238
7.4.2 过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性 239
7.4.3 光致类氧化酶活性 242
7.4.4 类酶活性机制 243
7.5 富白碳碳膜机械能采集器 246
7.5.1 材料制备与表征技术 247
7.5.2 材料结构与性能 248
7.5.3 原理器件 253
参考文献 257
第8章 总结与展望 264
8.1 金刚石 265
8.2 石墨 267
8.3 白碳 269
附录 杨国伟研究组发表白碳相关的研究论文目录 272
后记 275
序
第1章 引言 1
参考文献 3
第2章 第一种碳：金刚石 6
2.1 金刚石的历史 6
2.2 金刚石的结构和性质 8
2.2.1 金刚石的结构 8
2.2.2 金刚石的性质 9
2.3 金刚石的合成 10
2.3.1 高温高压合成金刚石 10
2.3.2 化学气相沉积合成金刚石薄膜 11
2.3.3 其他合成技术 13
2.4 金刚石的应用 14
2.4.1 超硬材料 14
2.4.2 光学材料 14
2.4.3 半导体材料 15
2.4.4 量子材料 15
2.4.5 生物医用材料 16
2.5 金刚石的同素异形体 17
2.5.1 六方金刚石 17
2.5.2 体心立方碳 23
2.5.3 新金刚石 25
参考文献 26
第3章 第二种碳：石墨 30
3.1 石墨的历史 30
3.2 石墨的结构和性质 32
3.2.1 石墨的结构 32
3.2.2 石墨的性质 33
3.3 石墨的制备 34
3.4 石墨的应用 35
3.4.1 耐高温材料 35
3.4.2 导电材料 35
3.4.3 润滑材料 36
3.4.4 核石墨 36
3.4.5 其他材料 37
3.5 石墨的同素异形体 37
3.5.1 富勒烯 37
3.5.2 碳纳米管 40
3.5.3 石墨烯 44
参考文献 47
第4章 第三种碳：白碳 49
4.1 白碳的研究历史 49
4.2 白碳的分类和定义 59
4.3 白碳的结构和性质 62
4.3.1 白碳的结构 62
4.3.2 白碳的性质 71
4.4 白碳的同素异形体 73
4.4.1 碳链 73
4.4.2 碳环 78
参考文献 81
第5章 白碳的合成 86
5.1 有机合成技术 86
5.1.1 传统有机合成技术 86
5.1.2 新的有机合成技术：固态聚合 90
5.2 物理气相合成 96
5.2.1 蒸发与凝聚 96
5.2.2 物理气相沉积 102
5.3 化学气相合成 106
5.3.1 有机聚合物热解 106
5.3.2 等离子体热解 107
5.3.3 化学气相沉积 107
5.4 液相激光烧蚀合成白碳及其他亚稳碳相 109
5.4.1 纳米金刚石合成 109
5.4.2 新金刚石合成 119
5.4.3 C8纳米晶合成 125
5.4.4 C8-like碳纳米方块合成 132
5.4.5 白碳纳米晶合成 136
参考文献 142
第6章 白碳晶体结构和性质 149
6.1 白碳晶体结构 149
6.1.1 白碳晶体结构表征 149
6.1.2 白碳晶体结构模型 150
6.1.3 碳链扭折结构的原子图像 152
6.1.4 碳链间范德瓦耳斯作用 161
6.2 白碳晶体性质 168
6.2.1 热稳定性 168
6.2.2 电子结构和输运特性 169
6.2.3 磁性 172
6.2.4 光学性质 179
6.2.5 铁磁性 196
6.2.6 超导性 203
参考文献 207
第7章 白碳纳米晶的应用 212
7.1 可见光驱动的气敏传感器 212
7.1.1 材料制备与器件组装 213
7.1.2 可见光驱动的室温气敏传感特性 214
7.1.3 传感物理机制 219
7.2 高温深紫外光电探测器 222
7.2.1 材料光吸收特性 223
7.2.2 高温深紫外光电响应 224
7.3 荧光和比色双功能探针 229
7.3.1 实验材料与表征技术 230
7.3.2 荧光猝灭和显色活性 231
7.3.3 荧光猝灭和显色特性的机理 235
7.4 光剪裁纳米酶活性 237
7.4.1 材料制备与表征技术 238
7.4.2 过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性 239
7.4.3 光致类氧化酶活性 242
7.4.4 类酶活性机制 243
7.5 富白碳碳膜机械能采集器 246
7.5.1 材料制备与表征技术 247
7.5.2 材料结构与性能 248
7.5.3 原理器件 253
参考文献 257
第8章 总结与展望 264
8.1 金刚石 265
8.2 石墨 267
8.3 白碳 269
附录 杨国伟研究组发表白碳相关的研究论文目录 272
后记 275
