纳米材料与纳米技术

第1章纳米材料的结构单元
1.1纳米材料的定义与分类 1
1.1.1纳米材料的定义 1
1.1.2纳米材料的分类 2
1.1.3纳米材料的新特性 3
1.2纳米材料的基本结构单元 5
1.2.1零维单元 5
1.2.2一维纳米结构 11
1.2.3二维纳米结构 13
习题 15
参考文献 15

第2章纳米材料的基本理论
2.1纳米材料的能带理论 17
2.1.1固体能带理论简介 17
2.1.2纳米材料的能带理论 20
2.2表面与界面效应 21
2.2.1纳米材料的表面原子 22
2.2.2纳米材料的表面能 23
2.2.3表面重构与表面态 24
2.3小尺寸效应 26
2.3.1小尺寸效应定义 27
2.3.2小尺寸效应对纳米材料性质的影响 27
2.4量子尺寸效应 31
2.4.1量子概念与能级 31
2.4.2量子尺寸效应对纳米材料性质的影响 32
2.5宏观量子隧道效应 33
2.5.1宏观量子隧道效应的定义 33
2.5.2弹道传输 33
2.5.3非弹性隧穿 34
2.6纳米材料的其他效应 35
2.6.1库仑堵塞效应 35
2.6.2介电限域效应 35
2.6.3量子限域效应 36
习题 36
参考文献 37

第3章纳米材料的物理特性
3.1纳米材料的力学性能 38
3.1.1纳米材料的弹性 39
3.1.2纳米材料的强度与硬度 40
3.1.3纳米材料的塑性 42
3.1.4纳米材料的超塑性 43
3.1.5纳米金属材料的强度与塑性 44
3.2纳米材料的热学性能 46
3.2.1纳米材料的熔点 46
3.2.2纳米材料的热导率 47
3.2.3纳米材料的比热容 48
3.2.4纳米材料的热膨胀 50
3.3纳米材料的光学性能 51
3.3.1纳米材料的光吸收 51
3.3.2纳米材料的颜色 53
3.3.3纳米材料的发光 54
3.3.4纳米材料的磁光效应 57
3.4纳米材料的电学性能 60
3.4.1纳米材料的电阻率 61
3.4.2纳米材料的热电性能 64
3.4.3纳米材料的超导性能 65
3.4.4纳米材料的介电性能 66
3.4.5纳米材料的压电性能 67
3.5纳米材料的磁学性能 68
3.5.1纳米磁性材料的磁矩 68
3.5.2纳米磁性材料的居里温度 69
3.5.3纳米磁性材料的饱和磁化强度与矫顽力 69
3.5.4纳米磁性材料的巨磁阻效应 71
习题 72
参考文献 72

第4章纳米材料的化学特性
4.1纳米材料的自组装 76
4.1.1自组装特性 77
4.1.2自组装机理 78
4.1.3自组装实例 80
4.2纳米材料的吸附特性 83
4.2.1非电解质吸附 83
4.2.2电解质吸附 84
4.3纳米材料的催化特性 85
4.3.1纳米金属催化 85
4.3.2半导体纳米颗粒的光催化 86
4.3.3纳米金属和半导体粒子的热催化 87
4.4纳米材料的晶体特性 87
4.5纳米材料的表面缺陷特性 89
4.6纳米材料的团聚特性 93
4.6.1团聚特性简介 93
4.6.2团聚动力学模型 96
习题 98
参考文献 99

第5章纳米材料的制备
5.1零维纳米材料的制备 101
5.1.1零维纳米材料制备概述 101
5.1.2典型零维纳米材料的制备 102
5.1.3微孔和介孔纳米材料的制备 108
5.2一维纳米材料的制备 112
5.2.1一维纳米材料概述 112
5.2.2典型一维碳纳米管的制备 112
5.2.3模板合成 113
5.3二维纳米薄膜的制备 115
5.3.1二维纳米薄膜概述 115
5.3.2二维纳米薄膜生长的原理 116
5.3.3二维纳米薄膜的制备方法 117
5.4纳米复合材料的制备 123
5.4.1纳米复合材料概述 123
5.4.2核壳结构材料的制备 123
5.4.3插层纳米复合材料的制备 125
5.4.4陶瓷基纳米复合材料的制备 125
5.4.5金属基纳米复合材料的制备 126
5.4.6聚合物纳米复合材料的制备 127
习题 129
参考文献 129

第6章纳米材料的分析表征
6.1纳米材料的结构分析 131
6.1.1纳米材料的有序度分析 131
6.1.2纳米材料的分子结构解析 136
6.2纳米材料的粒度分析 140
6.2.1粒度分析的概念 140
6.2.2粒度分析的意义 141
6.2.3粒度分析方法 141
6.3纳米材料的形貌分析 143
6.3.1形貌分析的重要性与种类 143
6.3.2扫描电子显微镜形貌分析 144
6.3.3透射电子显微镜形貌分析 144
6.3.4扫描隧道显微镜形貌分析 147
6.4纳米材料的成分分析 149
6.4.1成分分析的重要性与种类 149
6.4.2表面与微区成分分析 149
6.4.3体相元素成分分析 151
6.5纳米材料表面电子结构的分析 153
6.5.1X射线光电子能谱 153
6.5.2紫外光电子能谱 156
6.5.3X射线吸收精细结构 157
习题 161
参考文献 161

第7章先进纳米加工技术
7.1纳米减材制造技术 165
7.1.1光学曝光技术 165
7.1.2短波长曝光技术 173
7.1.3激光加工技术 176
7.1.4纳米压印技术 179
7.1.5刻蚀技术 183
7.1.6聚焦离子束技术 188
7.2纳米增材制造技术 189
7.2.1薄膜沉积技术 189
7.2.2薄膜剥离技术 196
7.2.3喷墨打印技术 199
7.2.43D打印技术 200
习题 201
参考文献 201

第8章纳米材料与纳米技术的应用
8.1纳米材料与纳米技术在能量收集领域的应用 204
8.1.1纳米发电机概述 205
8.1.2纳米发电机的理论基础 205
8.1.3纳米发电机的工作机理 208
8.1.4纳米材料和纳米技术在纳米发电机中的应用 208
8.2纳米材料和纳米技术在电化学能源领域的应用 215
8.2.1纳米材料和纳米技术在锂离子电池中的应用 216
8.2.2纳米材料和纳米技术在超级电容器中的应用 219
8.2.3纳米材料和纳米技术在燃料电池中的应用 228
8.3纳米材料与纳米技术在信息领域的应用 231
8.3.1纳米信息探测材料 232
8.3.2纳米信息传输材料 234
8.3.3纳米信息存储材料 235
8.4纳米材料和纳米技术在无线传感领域的应用 237
8.4.1纳米材料与无线传感 237
8.4.2纳米技术与多功能传感集成系统 240
8.5纳米材料和纳米技术在生物医学领域的应用 243
8.5.1纳米生物材料简介 243
8.5.2纳米材料在生物医学领域的应用 247
习题 249
参考文献 250