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【书名】《纳米材料的理化特性与应用》(PDF+书签)# p, S% n. ?5 {
【作者】倪星元 沈军 张志华 编著
8 w+ Q' M& G+ {/ R7 [【出版社】化学工业出版社
, K" {! {% K4 ~; l' q) [【出版时间】2006年1月
8 s1 b; L1 v0 x6 _4 I【ISBN】7-5025-7674-6 / TB383
! Z4 W) G6 t' u( n- z: g' F5 o【版次】1 3 u3 l* ~1 Y5 x% L" y8 V7 n
【开本】16开
: ^$ R* d2 e- C& ~0 I【定价】CNY27.00元
/ y7 s5 ] y e【页数】290页: _2 U5 I2 E7 X
【大小】9.45M
+ k8 `+ K( l5 B. ^1 t9 ?【格式】PDF+206行三级详细书签/ D; d: y5 I" P6 X( i
. H( k3 c2 |* S3 J# `; J) h! c0 U7 e
全书共有5个压缩包% V) {' O5 ]6 ^
( i1 a; D+ a+ R# ^ w
【内容简介】6 V, g; w3 C1 ?. D
本书以物质的最基本的原子、分子的特性和结构为切入点，介绍了纳米材料特殊的效应和性质，包括纳米材料的比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应，并介绍了纳米材料的异常特性，如光学特性、电学特性、磁学特性、敏感特性、催化化学特性。并根据纳米材料的物理和化学特性介绍了纳米材料在电子学方面、磁学方面、光学方面、生物医药及生命科学领域、能源化工方面、环保化工方面的应用以及纳米微加工技术。本书还介绍了主要的纳米测量设备和测量技术。" F$ O# G: m+ t$ G7 U
本书可供从事纳米材料研究与器件开发的科技人员学习参考，亦可作为大专院教材。/ r. t" A' I% y3 i# R9 A
b2 D2 @2 C; l# ~' D
【前言】 2 N; w. t z, |. O" M, [! A
材料是一切事物的物质基础。从科学技术发展的历史看，一种新技术的实现，往往需要新材料的支持。半导体材料的发明，促使电子技术发生了根本性的变化；20世纪70年代初制成的光导纤维使光强度几乎不衰减的特性，造就了现代光通讯技术；高纯度大直径的硅单晶的产生，促进了超大规模集成电路的发展，也成就了今天如此发达的计算机世界及电子信息业。一门以01～100nm尺度范围揭示原子、分子特性以及新的应用前景为研究对象的纳米材料学，使纳米科技得到迅速发展。从90年代纳米科技正式兴起，并直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品为最终目标的崭新技术，给材料生产与加工带来了一场革命性的冲击，也激发了一股新的科学热潮。 " G6 x, t/ p# d
纳米材料在信息、能源、环境、生命、军事等众多方面具有广泛的应用前景，世界各国都十分重视包括纳米材料在内的纳米科技的研究开发，把它作为抢占21世纪高科技和全球经济竞争制高点的一个重点战略目标。纳米材料的研究和应用开发前景充满了机遇，也有不少的挑战，如何结合我们现有的基础和条件，谋求纳米材料基本特性的充分体现及理想的成果完美实现，是众所关心的基本问题。因此十分有必要清楚地了解纳米材料的最基本的物理和化学特性；了解作为一种新材料的基本功能和特殊功能；了解新材料的这些功能将如何造福我们的世界。笔者编写本书的目的就在于想就这三个方面给读者提供一些帮助。
$ r. Q( Y/ O7 \9 ]& d& T% F 一些人理解的纳米材料，认为仅仅是颗粒尺寸的问题，认为与常规的材料相比仅仅是尺寸缩小、精度提高了。这种认识是片面的。纳米材料的重要意义最主要是体现在其所研究的物质对象，在一个纳米量级的尺寸范围内，将形成许多既不同于宏观物体，也不同于单个原子、分子的奇异性质，或对原有性质有十分显著的改进和提高。纳米材料产生的奇异性能和主要限域效应有比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应等。这些效应使纳米材料的光、电、热、磁等物理性质和化学性质与常规材料不同，使材料具有了许多新的特殊的功能。
8 V5 {6 l: Q5 W- D 随着纳米科技的兴起，已经有很多介绍纳米效应和纳米技术的应用及纳米材料制备技术的文献和资料面世，对推动纳米科技的健康发展起了很好的作用。但仔细看一下会发现，在已有的文献和资料中，有关探讨纳米效应产生机理的论述不多。根据作者的经验，知其然，不知其所以然，只看现象，不究内在机制，无论对做研究还是搞生产都是不利的。现在许多假冒的纳米科技和产品充斥于市场和媒体，难以识别真伪，原因就在于此。本书的一个重要特点是以物质的最基本的原子、分子的特性和结构为切入点，介绍了纳米材料特殊的效应和性质。这部分内容尽管占了较大的篇幅，但这将对深入理解纳米材料的特异效应和其他特性起到重要的作用。
! c; T% n! {5 n 本书除了介绍了纳米材料的比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应，还介绍了纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、敏感特性、催化化学特性。纳米材料是纳米科学技术的一个重要方面，其所具有的许多有异于常规材料的特殊性质，必将促使整个科学技术的加快发展。
* L" f) N0 Z7 q4 R3 }5 ` 根据纳米材料的物理和化学特性介绍相关的应用，也是本书编写的一个特点。按照从基本结构→基本特性→特殊结构→特殊效应→特殊功能→特殊应用，用这样的思路能够比较理性地了解纳米材料的应用，也能起到举一反三，思考开拓应用前景的作用。
2 @. v# h$ l& f$ g& z8 O 编入本书关于纳米材料的应用主要有微电子、光电子、能源化工、环境保护、生物医药、建材以及纳米加工和纳米检测等。经过这些年的努力，广大纳米科技工作者已经积累了相当多的应用范例，本书实在难以涵盖，所涉及的只能是挂一漏万。
9 `! t0 i: h/ M2 u' J* o 本书的编写汇集了许多同仁的心智，李同保院士给予了悉心指导和帮助，在此一并表示感谢。 3 G0 d2 i2 @: e. P1 w( E: V
如果本书能给广大读者有所启示和帮助，能对纳米科技的进展起到一些促进的作用，作者将感到莫大的欣慰。
, j$ g: ~9 W8 C9 G. c% a 由于纳米科技发展迅猛，纳米材料新品层出不穷，加之作者学识所限，时间仓促，本书会有许多不足之处，恳请读者谅解并批评指正。
& a k# J! ^. E; o3 k2 j7 _" |. l# V2 a9 M$ F2 q$ c. i
6 ~+ I- L* K1 l3 ^. h% Z2 d) A( g; Q1 X
G" J% F7 D \4 ^【目录】8 [; Z3 S4 ~" U3 M( }( d1 r
第1章 绪论1
& j& m2 J2 O) Q: ~9 X3 s1 J$ _8 f1.1 纳米科技的兴起与发展12 {( j( I. b' M- g# I( ]
1.2 纳米的基本定义50 a9 i, g0 a: @' Y3 e* k; K
1.3 纳米材料特性研究的主要内容和意义8& Z X: W9 |: r8 t7 X( ^ a- n$ x
参考文献11+ ~& G/ O* q5 k
第2章 纳米材料的物理和化学特性的基础知识13, J+ U$ }5 C9 d( S/ a1 ?) F
2.1 元素和原子结构131 R: Z h t: e
2.2 分子和物质的相态18
& b( F; z0 ~4 I, X. `2.3 能级与能量227 \, \1 ]7 }8 F
2.4 纳米排列和自组装29& x$ F4 s- F6 z; C1 {$ q
参考文献31
2 s) d n9 Q! K1 n# T/ C5 y第3章 纳米材料的电子能态特性33
4 F. ]0 }8 A. r* I3 R3.1 纳米材料的电子结构334 r$ s! |! e* E4 H
3.2 纳米材料中的电子关联和激发34
+ ^+ ^3 P; ~/ d: x3.3 电子能级的离散特性35
4 v( I! c2 i0 ?6 r4 o3.4 局域化输运和量子隧穿40
/ {- b" \ q+ |8 {参考文献41
! k. D2 w; `) z% g- }第4章 纳米材料的基本效应43
9 P/ x4 @2 r4 r4.1 量子尺寸效应438 C j i, o/ Z9 Y, m$ J1 @
4.2 小尺寸效应44" J1 W' c# z/ E
4.3 表面效应45! r0 _# p8 C+ t: X( `8 H
4.4 宏观量子隧道效应47
& F V0 d, [' z0 ?8 v3 v4.5 介电限域效应48
7 }+ \! d0 a x5 P/ q; S& ]% L参考文献49! J- O! V5 D) c- O2 d
第5章 纳米材料的物理特性51 n7 e" H5 O4 h7 m# @+ C, e' r
5.1 纳米材料的热学性能51
6 E* h: p1 ^4 x4 w6 }5.2 纳米微粒的磁学性质528 Z( i0 G( Z5 `" |: L2 P
5.2.1 磁畴结构52
4 G* z+ C$ d8 p( @, ] X5.2.2 超顺磁性53% O; j3 q7 N- W7 F. B# E3 v A
5.2.3 矫顽力55
& q/ @! O2 d; m. H% _1 J: q5 t0 Y7 Q5.2.4 居里温度56' A; u* l" \+ D, [; L
5.2.5 磁化率57. m( h( M5 O3 i" J* D
5.3 纳米微粒的光谱特性58, `( ]" W/ [! n0 b( M( v" L
5.3.1 宽频带强吸收585 r* X6 i5 [/ p
5.3.2 蓝移和红移现象598 M$ u7 f8 {% `% G
5.3.3 量子限域效应61* b7 \9 L7 \( @- F
5.3.4 纳米微粒的发光62- ] w8 C' M6 N* p: _( b
参考文献639 O$ t, g5 n3 s
第6章 胶体中纳米微粒的物理和化学特性65) C1 u5 o+ L. \. e8 Y
6.1 胶体和微粒65, M4 p$ i1 v$ i& S! t% t; m4 T
6.2 溶胶中纳米微粒的运动性质671 G5 ~, q a3 T' T, P
6.2.1 扩散67
3 I7 D; C" C2 C6.2.2 布朗运动68( ?3 \/ g7 E# s" }$ X+ M: L/ C
6.2.3 沉降70
: v$ ?8 W; J; p+ A$ J. K$ s6.3 溶胶的光学性质75
* b& v5 ~" T% p; A4 ?8 Q6.4 溶胶的电学性质81" ?+ v8 ^8 x {/ Y$ j# Z
6.4.1 电动现象81
( u/ y' f1 g, I# i6 |6.4.2 质点表面电荷85
) |; ]0 a% ?" D$ p4 M" W. R6.4.3 胶团结构及表面电位86
3 d" b; _# j7 u( k4 ~- P! x: ^参考文献87
% P4 t0 d2 e4 t$ m' m" r* s第7章 纳米微粒的化学特性89
- Q' Y5 Z5 ], E$ B) B5 }7.1 吸附89
/ ^3 q, F. {/ X0 D8 d7.1.1 非电解质的吸附898 C# a, y$ D- W0 `; q# m
7.1.2 电解质吸附906 Z3 e7 D) K, {- b2 F7 L
7.2 纳米微粒的分散与团聚92
0 H' ?: K1 |& n. _6 t7.2.1 分散92- R) r8 p; ^) y
7.2.2 微粒的团聚93$ e3 U2 \: e7 J2 D1 s4 `
7.3 纳米微粒的表面活性和催化作用94
4 b- _& y) V! n" N3 X; W7.4 光催化性能96& u9 I/ Y; J7 K; u. o* u! V
参考文献101
6 I* [ V8 e6 w7 C0 N( B第8章 纳米材料的表征和测量103
! w d1 f* C5 Q; R1 H& t# I8.1 电子显微镜和显微结构分析1032 E6 ~, H+ D% E2 i9 _: @
8.1.1 透射电子显微镜(TEM)104: m% ?- N; V4 N* ]" V6 Y& x
8.1.2 扫描电子显微镜(SEM)106
/ l; `% O' Q& ?' e1 E. h8.1.3 扫描隧道显微镜（SPM）1078 X/ `& i, C, A; }' X
8.1.4 原子力显微镜（AFM）111- c* ~& H" m' R' L! ]
8.2 纳米颗粒的表征和测量1149 V- w; V( j. _, M- |& K
8.2.1 颗粒的粒径和分布114
1 d8 J( T- T% O, ~& S% z8.2.2 粒径测试方法116- g% V% }) {9 N' n
8.3 颗粒表面及团聚体的表征及表面分析120$ K! O0 z" O" s- l
8.3.1 比表面积（BET）法121; V, ~9 z' S" {6 R
8.3.2 压汞法1221 f4 ]; w9 a/ k" I6 A6 a4 z) `6 v! t
8.3.3 团聚系数法和瓶颈数法124 A6 k `( i8 Q" n& R
8.3.4 素坯密度惭沽Ψ125: e4 ] H' e+ d' p
8.3.5 表面能谱分析126
% b8 i, M0 U% E0 x! T8 V8.4 化学组成和晶态分析128
0 ^1 J: ?. r1 R5 U+ X8.4.1 化学分析法128
, K$ @. K. X* ^5 _" p: B/ n) G8.4.2 特征X射线分析法129
& U/ l" y. k' Y% d5 U7 j8.4.3 原子光谱分析法130* V* D8 w- A- f; V+ n* v
8.4.4 质谱法131" c; }& J6 D; R# u5 a" ^
8.4.5 中子活化分析1325 e' g1 ^# N* Z, I7 b
8.4.6 晶态的表征1320 F( V! Q2 O, E. G
8.5 振动光谱技术133- L, z& E' ^0 V0 w9 o3 ?
8.5.1 分子的振动光谱133
$ q. ]$ a+ E9 |; Z, \8.5.2 红外光谱135
" T; Q6 u+ ~. w8.5.3 拉曼光谱1373 h/ s" H# s# L0 q: H7 {! B$ C$ y
8.5.4 紫外部杉吸收光谱138
' H; y+ X. m0 B M _$ O; w参考文献140
4 E$ z6 w3 Q' g0 d" ~( o# Q第9章 纳米材料在电子学方面的应用141
( |9 {3 Z/ F0 t. b0 Y2 m7 U+ |9.1 引言141
+ l0 X* d1 H4 `' I$ [7 G; ~9.2 量子电子器件1432 }# {& Z: T: d
9.2.1 高电子迁移率三极管145
/ v) y* t2 e) l9.2.2 量子干涉晶体管147
% S, T; k# \) I9 D" v0 D h9.2.3 单电子晶体管（SETS）147
' K' F9 { R. ?, k7 R, h9.2.4 碳纳米管三极管1498 [+ w+ X- W) M
9.2.5 DNA模板组装和在电子学中的应用150
: \' B3 I. Y' z# [2 q4 r7 h9.3 量子信息和量子计算机150
& h$ c+ ?& r9 \" I9.3.1 量子计算机与经典计算机的区别151
: ]: \. N8 P2 @1 I0 p9.3.2 量子计算机的工作原理153
$ h+ C9 c, l+ x8 l9.4 量子计算机的样机156/ a- F) f1 C. l7 i
参考文献157
+ R* ]% V8 t$ R. r) ?* P第10章 纳米材料在磁学方面的应用159
% `6 b$ g5 u* ]! E10.1 引言159 W3 O: E; F" g. E6 t
10.2 磁性材料在生物、医药领域的应用1615 {, b- [( |' j5 f/ s
10.2.1 磁靶向制剂162! t' B3 A) D( e V b: U# F2 L
10.2.2 固定化酶163
/ n3 c% Q- E% H* S10.2.3 磁流体热疗和磁控血管内磁性微球栓塞164! U! `( @- K/ @8 h
10.2.4 生物分离和提纯166
8 ]/ |# Z5 n# }' H# T10.3 在磁记录中的应用1680 _ a C: p% f
10.3.1 磁性记录与读写168
8 V* F+ [6 J6 E" _! H4 Q10.3.2 量子磁盘与高密度磁存储1690 Z$ w& x; r* J* t% y& N3 {
10.4 在材料分离技术上的应用170
' m" Y U8 P4 a' F* S! k4 v( X/ r10.4.1 化工分离170+ S2 Y7 j$ W( i# P' n- h
10.4.2 催化剂分离171( @6 Q9 H/ F. R, i6 N
10.4.3 矿物分离171. R& ~# a* q$ V9 L4 N# F
10.5 在巨磁电阻中的应用172
. t# [+ Q7 C$ c* Q! Z10.6 纳米微晶软磁材料及应用173
4 W0 a. J- E3 x" e10.7 纳米磁流体及应用174! ^8 [ d2 F: f2 j
10.8 在其他领域的应用1763 T* ]& |' [! P9 {( a1 j
参考文献177' G+ B/ q+ k3 Y1 x1 a
第11章 纳米材料在光学方面的应用1797 v6 e: w% `2 q3 b" V+ q+ R# ?
11.1 引言179
, m, d) u% H( a3 z8 p3 ?. q! d2 q9 |11.2 纳米材料中的一些基本光学现象181) A Q2 o5 u7 ?$ G+ I
11.2.1 光的反射1819 F# T7 _! {& [- Y- F# p# D
11.2.2 光的透射181* u- g D. Q" p! l7 {
11.2.3 光的折射182
r0 S. [, C- N" n& @. A11.2.4 光的偏振182
l! t/ t5 f: M' _; Q% V Y11.2.5 辐射185
3 f0 b& g9 S+ i( ]) v" r# V; t11.3 光和纳米结构的相互作用185
0 a# p( l, j) ~- h6 |3 i* U V+ t11.3.1 光子捕获和等离子体激元186
5 _! H( l3 Z+ K: F8 |% ?11.3.2 介电常数和极化对光学特性的影响186
& c; O1 q( @& N# }11.3.3 纳米孔洞和光子188 R, A: E: q5 s9 K# V5 }4 w
11.4 新型纳米光学成像188. g- H8 K4 Z: b" K) x
11.5 光学调制和太阳能吸收板191
5 u( @" V2 r0 t8 I3 @3 r11.5.1 减反射纳米薄膜191% n# [3 D3 X/ \% {0 y1 ?9 m
11.5.2 热反射薄膜191
9 v Q$ `3 q2 z* e( a11.5.3 纳米结构聚合物193
( a& I7 ? T# R2 o! [4 I3 N! S11.6 光子技术194
' @7 q5 t) |6 |$ d. {11.6.1 光子晶体，表面光波导和光路控制194
' f% I& d+ N( e3 G" h11.6.2 光子存储和光电脑195
$ v! C0 t) \& W' a& O' |$ _4 a1 p5 b参考文献196
9 h& ?# U% S8 e) P" v3 Q$ E9 [第12章 纳米材料在生物医药及生命科学领域的应用1978 O( e! l$ R8 G0 h+ i% `
12.1 引言197
% {: i+ x$ g+ Y- \12.2 纳米生物医用材料198$ w0 i5 B N8 u; a0 e
12.2.1 纳米颗粒和固体生物材料198( ^1 p; v% u# x5 s
12.2.2 纳米生物薄膜2013 W' \) ?- m* `' D5 ]1 E* t# _! g
12.2.3 纳米复合生物材料203
! F5 k; D. Z1 _- {12.3 药物和基因输送的纳米载体204
8 |/ j4 O# W' Y$ F9 _7 Z12.3.1 药物载体204$ A0 {" m( g4 }8 \3 v
12.3.2 输送基因的纳米载体207
! t j) r# I( l; v12.3.3 导向药物209
$ V$ J+ J' v7 d( O; A% P; p12.4 纳米药物输送、控释系统210" A6 \. \( F6 o' q3 u& d& V0 u
12.4.1 纳米药物输送、控释系统的特点210
% u: ~" e5 F* H" K$ @& U4 @12.4.2 纳米药物给药系统的发展趋势2119 q1 p! P3 v3 u! }+ @2 c3 U/ v
12.5 纳米生物传感器212- o+ p3 m* a/ q" H4 [' p
12.5.1 纳米生物传感元212
8 o* Z3 R+ L3 b P& K1 w$ b* [; a3 O12.5.2 纳米生物传感器件214
' _8 u* @2 V, U12.6 纳米仿生学和纳米机器人215
: s, E; L. ~: o* U. s }5 ~* {' u参考文献216
$ H% ^1 s3 S1 L+ W( K第13章 纳米材料在能源化工方面的应用217
+ E' E: E( h3 Q$ ?/ z& L2 M13.1 引言217
" e7 c# r& S8 n& h13.2 纳米催化218
0 k. C0 I; f& B8 w8 t% X2 B13.2.1 一般工业催化2182 O! H" |% ? n4 M/ e- c
13.2.2 石油化工催化223! a+ ~' x% u* p7 \* k( B' O
13.2.3 燃料（固体推进剂）催化225; j$ k! g, h- ~9 [! A. Y
13.3 储能227
6 v/ n9 ^6 p' k; P13.3.1 储氢227" V( s3 A* l8 \8 H. d
13.3.2 碳纳米管储氢2285 C& v) b- B4 |# q" s& G/ M
13.4 蓄热及能源转换2314 M& U7 Z/ o _% N
13.4.1 蓄热技术和纳米蓄热材料231" Y; {) w4 A# c: T- T
13.4.2 硅太阳能电池234! ~% j9 K. D- f, y' S- Y
13.5 保温节能237
) Q3 @4 S6 V6 C参考文献241
5 |. Q9 f) w) w# p$ [第14章 纳米材料在环保化工方面的应用243
1 k" H, E6 X) o+ c+ ?4 X14.1 引言243
0 i) O2 W; [" b2 @; b14.2 抗菌材料244+ {2 C: e* x: G1 b- y2 i) ?
14.2.1 纳米Ag抗杀菌材料2454 F( Y1 N8 N/ b+ x7 X
14.2.2 纳米TiO2抗杀菌材料247
0 u$ v- I* e5 S2 _7 L$ } _+ c14.3 功能涂料2507 |4 T/ F+ Z& t5 Z0 T) U6 V
14.3.1 纳米抗老化环保复合涂料2519 y1 @8 w2 @( d# v! o7 n- U, y2 H
14.3.2 抗菌防污纳米复合涂料254. h, I( H4 B7 f/ y0 S
14.3.3 抗干扰及电磁屏蔽涂料256
; H- V! S. C4 [! V' m* z0 w14.4 纳米材料在其他降污染方面的应用257 [$ t6 g. L. O# _5 |
14.4.1 有害气体治理257' g; s4 v# N/ q( k4 f
14.4.2 废水处理260
. r6 Y& U {5 d* t/ w14.4.3 阻声降噪262
& r: P- i; R, j1 W# Q4 m c2 i参考文献264
4 F' c9 Q/ S8 c" @5 x% P- v第15章 纳米微加工技术267
6 P' \# D: F/ j; y' A2 H15.1 纳米操作工具267& _" n& z; Z" [) Z$ {
15.1.1 纳米操纵器267; b) u) O8 F Y7 y5 y& {
15.1.2 原子操纵器268
4 i5 n( A6 ~" c( {8 N15.2 纳米加工技术269. O) G, i& W( K' b3 P# l
15.2.1 光刻技术269
: p" U$ {0 z" t5 K8 I15.2.2 电子束刻蚀技术271
2 J. Z/ y2 U5 d: q8 {. q15.2.3 分子束外延271! i) e5 y. H! b% I( V
15.3 自组装技术2735 n- c0 N; U2 y( u( [0 W
参考文献275 |
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发表于 2008-6-2 10:50:51
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