Pierwsza poświęcona grafenowi publikacja książkowa w języku polskim. W kolejnych rozdziałach monografii przedstawiono grafen na tle współczesnych badań nanotechnologicznych, historię jego odkrycia, metody otrzymywania (włącznie z grafenem komercyjnym), właściwości oraz aktualne i perspektywiczne zastosowania. Jeden z rozdziałów poświęcono coraz intensywniejszym w ostatnich latach badaniom innych materiałów dwuwymiarowych o morfologii warstwowej. Istotnym elementem tej książki jest przegląd aktualnie zarejestrowanych patentów, których liczba gwałtownie się zwiększa.
Grafen to odkryta przed zaledwie dwunastoma laty nowa forma węgla, występująca w postaci dwuwymiarowych warstw zbudowanych z atomów tego pierwiastka i odznaczająca się niezwykłymi właściwościami fizykochemicznymi. Grafen okrzyknięto w ostatnich latach najbardziej perspektywicznym materiałem XXI wieku ze względu na jego wyjątkowe właściwości elektronowe, optyczne i mechaniczne, decydujące o najrozmaitszych potencjalnych zastosowaniach. O nadziejach z nim związanych może świadczyć fakt, że odkrywcy grafenu zostali uhonorowani w 2010 roku Nagrodą Nobla.
Napisana przystępnym językiem i bogato ilustrowana książka adresowana jest do szerokiego kręgu odbiorców: studentów i pracowników naukowych ścisłych kierunków uniwersyteckich i politechnicznych, pracowników naukowych instytutów naukowo-badawczych oraz PAN, producentów w dziedzinie elektroniki, optyki, inżynierii materiałowej, chemii i technologii chemicznej, a także osób zainteresowanych nowymi trendami w technice i inżynierii materiałowej. Dzięki bogatej bibliografii (niemal 2000 pozycji) ułatwi również osobom szczególnie zainteresowanym dotarcie do bardziej specjalistycznej wiedzy na temat tej niezwykłej nanostruktury węglowej.
Za publikację Grafen. Otrzymywanie, charakterystyka, zastosowania autorstwa Andrzeja Huczko, Agnieszki Dąbrowskiej i Magdaleny Kurcz Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego otrzymały Nagrodę Rektora Politechniki Warszawskiej dla najlepszej publikacji akademickiej w dziedzinie nauk technicznych i ścisłych. Wyniki konkursu ogłoszono 19 maja podczas XI Targów Książki Akademickiej i Naukowej ACADEMIA 2017 na stadionie PGE Narodowym.
******
Graphene. Preparation, characteristics, applications
The first Polish monograph book on graphene. The subsequent chapters examine the following graphene aspects: graphene within the current nanotechnology, history of its discovery, methods of synthesis (including commercial production), characterization, current and prospective applications. Other 2D layered materials are also separately presented as well as the review regarding graphene patenting, which has recently exploded with a high number of patents.
Graphene was discovered only 12 years ago as a novel elemental form of carbon. It has a two-dimensional layered structure composed of carbon atoms which possess exceptional physical and chemical properties. Graphene has been recently called the most prospective material of the 21st century, inter alia, due to its outstanding electronic, optical and mechanical properties, which pave the way to numerous potential applications. Such high expectations were highlighted by the fact that graphene discoverers were awarded the Nobel Prize in Physics in 2010.
Written in an accessible language and richly illustrated, the book is addressed to a wide audience: students and research staff of universities and technical universities, research workers of different (including PAS) institutes, producers in the field of electronics, optics, materials science, chemistry and chemical technology. It can also engage the readers following new trends in technics and materials science. A vast bibliography (almost 2,000 references) will also enable the direct access to more advanced science concerning this exceptional nanocarbon.
Award of the Rector of the Warsaw University of Technology for the best academic publication in the field of technical and exact sciences awarded at the ACADEMIA 2017 Fair.
Słowo wstępne 11
Rozdział 1. Nanotechnologia: Dlaczego…?, Andrzej Huczko 13
Wybrana literatura 38
Rozdział 2. Otrzymywanie grafenu, Andrzej Huczko 41
2.1. Historia odkrycia 42
2.2. Metody laboratoryjne 46
2.2.1. Rozwarstwianie grafitu na sucho 47
2.2.2. Rozwarstwianie w fazie ciekłej 67
2.2.3. Wzrost na węgliku krzemu 75
2.2.4. Chemiczne osadzanie z fazy gazowej 77
2.2.5. Osadzanie na metalach 94
2.2.6. Epitaksja za pomocą wiązek molekularnych 95
2.2.7. Epitaksja warstwowo-atomowa 95
2.2.8. Konwersja termiczna węgla amorficznego i innych prekursorów węglowych 95
2.2.9. Synteza chemiczna 96
2.2.10. Nanowstążki i kropki kwantowe 97
2.2.11. Inne metody 101
2.3. Metody przemysłowe/produkcja i dostępność grafenu komercyjnego 106
2.4. Przetwarzanie/przenoszenie grafenu 118
2.4.1. Membrany grafenowe 118
2.4.2. Przenoszenie warstw grafenowych 118
2.4.3. Przenoszenie grafenu z powierzchni metalu 120
2.4.4. Elektroforeza 120
2.4.5. Przenoszenie dyspersji i atramentów 121
2.4.6. Czyszczenie/usuwanie defektów 121
2.5. Inne nieorganiczne i hybrydowe struktury cienkowarstwowe 121
Wybrana literatura 122
Rozdział 3 Właściwości grafenu, Agnieszka Dąbrowska 135
3.1. Przegląd właściwości grafenu 136
3.2. Podstawowe metody fizykochemicznej analizy grafenu: wybrane wyniki i ich interpretacja 140
3.3. Oddziaływanie grafenu ze środowiskiem: toksyczność, bioakumulacja i biodegradacja 144
3.4. Omówienie wybranych cech grafenu 144
Wybrana literatura 147
Rozdział 4. Zastosowania grafenu, Agnieszka Dąbrowska 150
4.1. Grafen poprawiający właściwości produktów: kompozyty i zaawansowane materiały konstrukcyjne 151
4.2. Ochrona termiczna i chemiczna: cienkie warstwy o dużych możliwościach 154
4.3. Urządzenia elektroniczne nowej generacji 156
4.4. Przetwarzanie i magazynowanie energii 158
4.5. Spintronika, fotonika i optoeletronika 162
4.6. Czujniki, systemy kontroli i pomiaru 166
4.7. Nowoczesne rozwiązania: medycyna i bioinżynieria 167
4.8. Technologie przyszłości i pomysły wizjonerskie 171
Wybrana literatura 172
Rozdział 5. Patenty w dziedzinie grafenu, Andrzej Huczko 181
Wybrana literatura 193
Rozdział 6. Nie tylko grafen…, Magdalena Kurcz 194
6.1. Wprowadzenie 195
6.2. Metody otrzymywania materiałów 2D 197
6.2.1. Rozwarstwianie mikromechaniczne 197
6.2.2. Rozwarstwianie chemiczne 197
6.2.3. Osadzanie z fazy gazowej 198
6.3. Charakterystyka warstw 2D 199
6.4. Heksagonalny azotek boru (h-BN) – biały grafen 200
6.4.1. Warstwy B-C-N 202
6.5. Disiarczki molibdenu i wolframu 203
6.6. Inne dichalkogenki metali przejściowych 205
6.7. Warstwowe chalkogenki metali grup 14. i 13. 206
6.8. Tlenki i wodorotlenki warstwowe 207
6.9. Silicen i germanen 209
6.10. Warstwy binarne (związki pierwiastków grupy 14. z pierwiastkami grup 13. i 15.) 210
6.11. Hipotetyczne, płaskie analogi grafenu 212
6.11.1. Krzemografen SiC 212
6.11.2. Krzemografen SiC2 213
6.11.3. Warstwowy bor 213
6.11.4. Warstwowy B2C 214
6.12. Warstwy MAX i MXeny 214
6.13. Polimery organiczne 215
6.13.1. Polimery koordynacyjne 216
6.13.2. Polimery kowalencyjne 216
6.14. Kompozyty 217
6.15. Podsumowanie 217
Wybrana literatura 219
Rozdział 7. Zakończenie, Andrzej Huczko 227
Wybrana literatura 242
Załączniki 244
Ważniejsze skróty i akronimy 262
Skorowidz 265
