本書主要介紹石墨烯基傳感器件的基本概念、分類、原理、器件的特性，分析了現(xiàn)階段存在的問題，并對未來的發(fā)展趨勢作了展望；系統(tǒng)性地介紹了各類石墨烯基傳感器的制造工藝、特性參數(shù)、傳感原理以及具體應(yīng)用等。本書分為９章，內(nèi)容包括石墨烯基傳感器的基本概述、石墨烯基氣體傳感器、石墨烯基濕度傳感器、石墨烯基離子傳感器、石墨烯基光電探測器、石墨烯基力敏傳感器、石墨烯基溫度傳感器、石墨烯基磁傳感器、石墨烯基生物傳感器。
本書可供石墨烯基傳感器相關(guān)專業(yè)的學(xué)生、教師、科研人員學(xué)習(xí)參考，同時可為廣大石墨烯基傳感器領(lǐng)域的相關(guān)從業(yè)人員提供參考信息和可靠依據(jù)。
石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個傳奇，也是當(dāng)今橫跨學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的超級明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當(dāng)然，石墨烯是當(dāng)之無愧的。作為由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好的材料，也是理想的輕質(zhì)高強材料。正因如此，一經(jīng)問世便吸引了全球范圍的關(guān)注。石墨烯有可能創(chuàng)造一個全新的產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)將成為未來全球高科技產(chǎn)業(yè)競爭的高地，這一點已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。
從2004年至今，已經(jīng)有了近十六年的歷史沉淀。無論是石墨烯的基礎(chǔ)研究，還是石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化實踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對石墨烯材料有一個全方位套叢書出的、科學(xué)的、理性的認(rèn)識。總結(jié)歷史，是為了更好地走向未來。對于新興的石墨烯產(chǎn)業(yè)來說，“戰(zhàn)略前沿新材料——石墨烯出版工程”的出版意義也是不言而喻的。事實上，國內(nèi)外已經(jīng)出版了數(shù)十部石墨烯相關(guān)書籍，其中不乏經(jīng)典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結(jié)石墨烯相關(guān)的知識積累，反映石墨烯領(lǐng)域的國內(nèi)外前沿研究進(jìn)展，展示石墨烯新材料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展前景，尤其希望能夠充分體現(xiàn)國人對石墨烯領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。
本叢書共包括22分冊，執(zhí)筆作者20余位，都是石墨烯領(lǐng)域的重量級學(xué)者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業(yè)性和科學(xué)性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質(zhì)和表征技術(shù)，到石墨烯材料的制備方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以及石墨烯產(chǎn)品的計量檢測標(biāo)準(zhǔn)等全方位的知識總結(jié)。同時，兩份產(chǎn)業(yè)研究報告詳細(xì)闡述了世界各國的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對廣泛征集到的石墨烯相關(guān)問題答疑解惑，去偽求真。
本叢書的內(nèi)容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個分冊也相對獨立，具有很強的系統(tǒng)性、知識性、專業(yè)性和即時性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對中國的石墨烯研究和中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有所助益。
傳感技術(shù)是研究傳感器的材料、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用的綜合性技術(shù)，是涉及物理、數(shù)學(xué)、材料、化學(xué)等多學(xué)科的前沿技術(shù)。在信息化革命的浪潮中，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，傳感技術(shù)作為信息技術(shù)中的關(guān)鍵組成部分，越來越被產(chǎn)業(yè)界、科技界以及國防工業(yè)界所重視。傳感技術(shù)在信息技術(shù)中的地位至關(guān)重要，如果不依靠傳感技術(shù)對被測物體進(jìn)行精確可靠的測量，即便信息處理和傳輸技術(shù)再高超也沒有任何意義。
傳感器往往被比喻成人的感官，例如光傳感器之于視覺、氣體傳感器之于嗅覺、化學(xué)傳感器之于味覺、壓力應(yīng)變傳感器之于觸覺和聲傳感器之于聽覺等。隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的傳感器已經(jīng)可以用于各種人類無法適應(yīng)的嚴(yán)苛環(huán)境，其測量精度、測量范圍等也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體感官本身。因此，傳感器能夠提供豐富的人體感官無法獲得的信息，可以被認(rèn)為是人體感官的延伸。
作為一項高度學(xué)科交叉與融合的技術(shù)，傳感技術(shù)的發(fā)展往往因為材料、物理、化學(xué)、生物、信息等各個學(xué)科的發(fā)展而發(fā)生革命性的變化。近十年來，新興材料石墨烯由于其較高的楊氏模量、較大的比表面積（2630m2·g-1）、較高的熱導(dǎo)率以及室溫下較大的電子遷移率等優(yōu)點，在國內(nèi)外的傳感器研究領(lǐng)域掀起了一股熱潮，并取得了諸如單分子檢測等一系列具有顛覆性技術(shù)的成果，帶動傳感器制造領(lǐng)域以及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。
在石墨烯基傳感器的研究領(lǐng)域中，我國與國外先進(jìn)水平差距不大，甚至有些方面還走在國際前列。但是，目前這一領(lǐng)域的發(fā)展依然面臨下列幾個問題：（1）用于傳感器研究的石墨烯材料的穩(wěn)定性和可控性有待進(jìn)一步提高；（2）傳感機理的研究有待進(jìn)一步深入；（3）制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化程度有待進(jìn)一步完善。
為了適時地總結(jié)近年來石墨烯基傳感器的發(fā)展經(jīng)驗和教訓(xùn)，給廣大石墨烯基傳感器領(lǐng)域的相關(guān)從業(yè)人員提供更多有價值的參考信息和可靠依據(jù)，我們通過廣泛調(diào)研國內(nèi)外的研究成果，結(jié)合自身長期在石墨烯基傳感器領(lǐng)域中教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)化的實際經(jīng)歷，在華東理工大學(xué)出版社的支持下，編寫了《石墨烯基傳感器件》這本書。本書共分９章。第１章主要介紹了石墨烯基傳感器件的基本概念、分類、原理、器件的特性，分析了現(xiàn)階段存在的問題，并對未來發(fā)展趨勢做了展望。在隨后的章節(jié)中系統(tǒng)性地介紹了各類石墨烯基傳感器，包括化學(xué)量傳感器（第２～４章）、物理量傳感器（第５～８章）和生物量傳感器（第９章）。內(nèi)容主要包括相關(guān)傳感器件的制造工藝、特性參數(shù)、傳感原理以及具體應(yīng)用等。本書注重系統(tǒng)性、邏輯性、可讀性，力求做到深度與廣度的平衡，深入淺出地為讀者介紹國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展的新動態(tài)、新技術(shù)、新概念等，注重理論與實踐的結(jié)合，體現(xiàn)學(xué)術(shù)水平和應(yīng)用價值。
東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院孫立濤教授對本書的編寫進(jìn)行了全面指導(dǎo)，萬樹博士負(fù)責(zé)統(tǒng)籌編寫工作，畢恒昌、尹奎波、徐濤、黃海舟、朱志鴻、萬昊、劉薈、吳楠負(fù)責(zé)各章節(jié)資料的收集、整理、校閱、修改等。十分感謝黃慶安教授、任天令教授、朱宏偉教授等在本書編寫過程中給予的支持和幫助。
本書的撰稿人員雖然長期處于石墨烯基傳感器科研生產(chǎn)的一線，但是科技發(fā)展一日千里，書中的紕漏和不足之處在所難免。另外，書中有些理論和觀點還有待時間的考驗。不妥之處，懇請專家和讀者批評指正！
希望本書能為廣大讀者帶來幫助，為我國石墨烯基傳感器領(lǐng)域的發(fā)展盡綿薄之力。
孫立濤
2019年6月于南京
東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院、微電子學(xué)院院長，博導(dǎo)、國家杰青、國家“萬人計劃”領(lǐng)軍人才�！峨娮悠骷冯s志主編，Materials Today Nano雜志編委，美國IEEE納米技術(shù)委員會南京分會主席，中國電子顯微學(xué)會常務(wù)理事兼原位電子顯微學(xué)專業(yè)委員會主任，國家軍民融合產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟特聘專家，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會副主任，國家石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心顧問，歐洲科學(xué)基金會專家評審委員會委員，歐盟10億歐元“石墨烯旗艦項目”評審專家。
長期從事石墨烯等新型納米材料的基礎(chǔ)前沿與相關(guān)應(yīng)用研究。通過在透射電鏡里原位搭建納米實驗室的構(gòu)想，發(fā)展了多種基于原位電子顯微學(xué)的創(chuàng)新性新技術(shù)和新方法，從原子尺度揭示了納米材料的各種特殊性能與結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性。主要成績包括實現(xiàn)了二維材料的原位原子精度加工與按需構(gòu)筑；提出了電驅(qū)動的陽離子交換新方法，可實現(xiàn)單一納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原位可控構(gòu)筑；原位觀測到表面配位體主導(dǎo)的材料取向連接過程，并提出了與吸附能相關(guān)的晶面選擇機制；制備了石墨烯基超靈敏柔性傳感器等。
主要創(chuàng)新性研究成果先后發(fā)表SCI論文200余篇（其中Science 2篇, Nature及子刊13篇）。申請專利80余項，做國際會議邀請報告70余次，培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)人才多名，實現(xiàn)了石墨烯在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化。他先后主持及參加國家、省部級研究項目二十余項。目前正從事新型納米材料與納米器件的研究工作。
第1章 石墨烯基傳感器的基本概述
1.1 傳感器和傳感技術(shù)
1.1.1 傳感器
1.1.2 傳感技術(shù)
1.1.3 傳感器和傳感技術(shù)的意義
1.2 石墨烯以及石墨烯在傳感器中的意義
1.2.1 石墨烯
1.2.2 石墨烯的制備方法
1.2.3 石墨烯應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域中的優(yōu)勢
1.3 國內(nèi)外石墨烯基傳感器的研究和發(fā)展概況
1.3.1 國內(nèi)石墨烯基傳感器的發(fā)展概況
1.3.2 國外石墨烯基傳感器的發(fā)展概況
1.4 石墨烯基傳感器的分類
1.4.1 能量傳遞形式
1.4.2 敏感材料類型
1.4.3 被檢測參數(shù)的類型
1.5 石墨烯基傳感器的性能參數(shù)
1.5.1 靜態(tài)特性
1.5.2 動態(tài)特性
1.6 石墨烯基傳感器的發(fā)展趨勢
1.6.1 敏感材料的發(fā)展趨勢
1.6.2 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢!#&
1.7 本章小結(jié)
第2章 石墨烯基氣體傳感器
2.1 石墨烯基氣敏元件及傳感器的基本概念
2.1.1 氣體傳感器的定義
2.1.2 氣體傳感器的分類
2.1.3 氣體傳感器的特性參數(shù)
2.1.4 石墨烯基氣體傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1.5 石墨烯基氣體傳感器的發(fā)展趨勢
2.2 石墨烯基氣體傳感器的工作原理以及制造工藝
2.2.1 電學(xué)參量類石墨烯基氣體傳感器
2.2.2 質(zhì)量敏感型氣體傳感器
2.2.3 光學(xué)參量類石墨烯基氣體傳感器
2.3 本章小結(jié)
第3章 石墨烯基濕度傳感器
3.1 石墨烯基濕敏元件及傳感器的基本概念
3.1.1 濕度傳感器的定義
3.1.2 濕度傳感的意義
3.1.3 濕度以及濕度傳感器的特性參數(shù)
3.1.4 濕度傳感器的發(fā)展趨勢
3.1.5 石墨烯基濕度傳感器及其分類
3.2 石墨烯基濕度傳感器的工作原理以及制造工藝
3.2.1 薄膜型電阻式濕度傳感器
3.2.2 電容型濕度傳感器
3.2.3 石英晶體微天平濕度傳感器
3.2.4 其他類型的濕度傳感器
3.3 本章小結(jié)
第4章 石墨烯基離子傳感器
4.1 離子傳感器的基本概念
4.1.1 離子傳感器的定義
4.1.2 離子傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
4.1.3 石墨烯在離子檢測中的應(yīng)用
4.2 石墨烯基離子傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理
4.2.1 石墨烯基pH傳感器
4.2.2 石墨烯基金屬離子傳感器
4.3 本章小結(jié)
第5章 石墨烯基光電探測器
5.1 光電探測的基本概念
5.1.1 光譜
5.1.2 光生電導(dǎo)效應(yīng)
5.1.3 光電探測的意義
5.2 石墨烯基光電探測器
5.2.1 石墨烯基光電探測器的工作原理
5.2.2 石墨烯基光電探測器的性能參數(shù)
5.2.3 石墨烯基光電探測器的分類
5.3 石墨烯基光電傳感器的工作原理以及傳感特性
5.3.1 石墨烯基太赫茲探測器
5.3.2 石墨烯基紅外探測器
5.3.3 石墨烯基可見光探測器
5.3.4 石墨烯基紫外探測器
5.4 本章小結(jié)
第6章 石墨烯基力敏傳感器
6.1 力敏元件和力敏傳感器
6.1.1 力敏元件的基本概念及分類
6.1.2 力敏傳感器的特性參數(shù)
6.1.3 應(yīng)變式力敏傳感器
6.1.4 壓阻式力敏傳感器
6.1.5 電容式力敏傳感器
6.2 石墨烯基力敏傳感器以及石墨烯基力敏傳感器的應(yīng)用
6.2.1 石墨烯的力學(xué)性能
6.2.2 石墨烯應(yīng)變電阻的模型
6.2.3 石墨烯基力敏傳感器的類型
6.2.4 石墨烯基應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造工藝
6.2.5 石墨烯基力敏傳感器的應(yīng)用
6.3 本章小結(jié)
第7章 石墨烯基溫度傳感器
7.1 溫度測量的基本概念
7.1.1 溫度的定義
7.1.2 溫標(biāo)
7.1.3 溫度測量的基本原理和基本方法
7.1.4 石墨烯基熱敏元件與溫度傳感器
7.1.5 石墨烯的熱學(xué)性質(zhì)
7.1.6 石墨烯基溫度傳感器的發(fā)展趨勢
7.2 石墨烯基溫度傳感器的工作原理以及感溫特性
7.2.1 石墨烯基熱電阻型溫度傳感器
7.2.2 石墨烯基光纖型溫度傳感器
7.2.3 石墨烯基熱電偶型溫度傳感器
7.2.4 石墨烯基熱輻射測量計
7.3 溫度傳感器的應(yīng)用
7.3.1 流量（風(fēng)速）傳感器
7.3.2 柔性可穿戴溫度傳感器
7.4 本章小結(jié)
第8章 石墨烯基磁傳感器
8.1 磁傳感器的基本概念
8.1.1 磁傳感器的定義
8.1.2 磁傳感器的分類
8.1.3 磁傳感器的特性參數(shù)
8.1.4 石墨烯在磁傳感器中的應(yīng)用
8.2 石墨烯基磁傳感器
8.2.1 石墨烯基磁傳感器的傳感原理
8.2.2 基于霍爾效應(yīng)的石墨烯基磁傳感器
8.2.3 基于異常磁阻效應(yīng)的石墨烯基磁傳感器
8.3 本章小結(jié)
第9章 石墨烯基生物傳感器
9.1 生物傳感器的基本概念
9.1.1 生物傳感器的構(gòu)成
9.1.2 生物傳感器的功能
9.1.3 生物傳感器的技術(shù)特點
9.1.4 生物傳感器的分類
9.1.5 生物傳感器的發(fā)展趨勢
9.1.6 石墨烯應(yīng)用在生物傳感器領(lǐng)域中的發(fā)展概況
9.2 石墨烯基生物傳感器的傳感原理和結(jié)構(gòu)
9.2.1 石墨烯基生物量傳感器
9.2.2 石墨烯基生理量傳感器
9.2.3 石墨烯的生物兼容性
9.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
索引
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