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纳米材料学概论

2020-08-05 00:00:00

纳米材料学概论内容简介本书系统地阐述了各类纳米材料的概念、制备方法、结构和性能特征以及表征技术和方法，在此基础上，展望了其发展前景。本书旨在引导大学生对纳米科学和技术的认知与了解，帮助他们掌握纳米科技和纳米材料学的基本概念、基本原理、研究现状以及未来发展前景，从而启迪大学生的创新思维，拓宽其科学视野，培养他们对纳米科技的学习兴趣。本书可以作为高等院校材料学、物理学和化学及有关专业高年级本科生和研究生的教材，也可作为从事纳米科技和纳米材料教学与研究工作者的参考用书。纳米材料学概论目录章绪论节纳米科技的基本内涵一、纳米科技的起源二、纳米科技的研究内容第二节纳米科技的研究意义一、引发生产方式的变革二、引发人类认知的革命第三节纳米材料的研究历史一、纳米材料的研究历程二、纳米材料的发展阶段第四节纳米材料的研究范畴一、纳米材料的研究对象二、纳米材料的研究内容第五节纳米化的机遇与挑战一、纳米化机遇二、纳米安全性三、纳米标准化复习思考题参考文献第二章纳米材料的基本效应节小尺寸效应一、特殊的热力学性质二、特殊的磁学性质三、特殊的力学性质第二节表面效应第三节量子尺寸效应一、光谱线频移二、导电性能的转变第四节宏观量子隧道效应第五节库仑堵塞与量子隧穿效应第六节介电限域效应第七节量子限域效应第八节应用实例复习思考题参考文献第三章零维纳米结构单元节原子团簇一、原子团簇分类二、碳原子团簇第二节人造原子一、人造原子的概念二、人造原子的特征第三节纳米粒子一、纳米粒子的制备二、纳米粒子的表面修饰三、纳米粒子的结构特征四、纳米粒子的特性五、研究与发展现状第四节纳米脂质体及其靶向制剂一、脂质体的组成二、脂质体的形成原理三、脂质体的结构与载药系统四、纳米脂质体靶向给药系统复习思考题参考文献第四章一维纳米结构单元节碳纳米管一、碳纳米管结构二、碳纳米管的合成三、碳纳米管的纯化四、碳纳米管的稳定性五、碳纳米管的特性六、碳纳米管的应用第二节纳米线一、金属纳米线二、半导体纳米线三、陶瓷纳米线第三节同轴纳米电缆一、同轴纳米电缆的制备二、同轴纳米电缆的应用第四节纳米带一、纳米带的制备方法二、纳米带的特性三、纳米带的应用第五节纳米环一、氧化锌纳米环二、金纳米环三、钴纳米环复习思考题参考文献第五章二维纳米结构——纳米薄膜节纳米薄膜的分类一、根据微结构划分二、根据用途划分三、根据层数划分第二节纳米薄膜的制备方法一、物理法二、化学法三、分子组装方法第三节纳米薄膜的性能一、力学性能二、光学性能三、电磁学特性第四节纳米薄膜的应用一、纳米光学薄膜二、纳米耐磨损膜与纳米润滑膜三、纳米磁性薄膜四、纳米气敏薄膜五、纳米渗透薄膜六、纳米绝缘薄膜七、纳米光电转换薄膜复习思考题参考文献第六章三维纳米结构 *节纳米玻璃一、纳米玻璃的研究层次二、纳米玻璃的制备方法三、纳米玻璃的应用第二节纳米陶瓷一、纳米陶瓷的制备二、纳米陶瓷的特性三、纳米陶瓷的应用第三节纳米介孔材料一、分类及结构特征二、介孔材料的合成三、介孔材料的应用第四节纳米金属一、纳米晶化技术二、尺度效应三、纳米金属材料的应用第五节纳米高分子一、螺旋结构高分子二、嵌段共聚物三、树枝状高分子第六节新研究进展复习思考题参考文献第七章纳米复合材料节纳米复合材料的分类第二节纳米复合材料的设计一、纳米复合材料的功能设计二、纳米复合材料的合成设计三、纳米复合材料的稳定化设计第三节陶瓷基纳米复合材料一、陶瓷基纳米复合材料的制备二、陶瓷基纳米复合材料的性能三、纳米复合陶瓷的作用机制第四节金属基纳米复合材料一、金属基纳米复合材料的制备二、金属基纳米复合材料的性能三、金属基纳米复合材料的应用第五节聚合物基纳米复合材料一、插层型聚合物纳米复合材料二、填充型聚合物纳米复合材料第六节聚合物/聚合物纳米复合材料一、分子复合纳米聚合物材料二、原位复合纳米聚合物材料三、聚合物微纤/聚合物纳米复合材料第七节纳米复合材料的应用前景复习思考题参考文献第八章纳米组装体系节人工组装一、原子操纵二、分子操纵第二节纳米加工一、利用STM和AFM的纳米加工技术二、聚焦离子束技术三、准分子激光直写四、纳米压印第三节分子自组装一、组装基本原理二、组装工艺第四节分子器件一、分子导线二、分子开关三、分子整流器第五节分子机器一、DNA镊子二、分子剪刀三、分子刹车四、分子马达复习思考题参考文献第九章纳米测量与表征节纳米测量技术一、电子显微技术二、衍射技术三、谱学技术四、热分析技术第二节纳米材料表征一、纳米材料的粒度分析二、纳米材料的形貌分析三、成分分析四、纳米材料的结构分析五、纳米材料表面与界面分析第三节纳米测量技术的展望复习思考题参考文献第十章纳米材料的应用与展望节电子信息领域一、纳米发电机二、纳米马达三、纳米计算机第二节生物医学领域一、生物导弹二、纳米医用机器人三、生物芯片技术第三节能源与环境领域一、纳米太阳能电池二、纳米光催化第四节军事与航空领域一、纳米卫星二、隐身材料三、太空梯第五节日常生活领域一、超双疏界面材料二、微胶囊相变材料第六节展望　参考文献纳米材料学概论节选 *章　绪论　　第二节纳米科技的研究意义　　引发生产方式的变革　从石器时代开始，人类传统的生产方式是“从大到小”或者“由上到下”的加工技术。人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都是通过削去“多余”的物质（数以亿计的原子），以便把物质做成有用的形态。而纳米技术的实现方式是从微观到宏观，即“从小到大”或者“自下而上”。人类可以在原子水平上直接生产出自己所需要的任何东西，如分子大小的“万能制造机”、“原子装配机”，并能够运用任何材料去合成一切生存和享用的必需品。人类可以用小的机器制造更微小的机器，后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品及在原子层面上操纵物质。　纳米技术能使常规材料呈现出非常规物理特性，具有巨大的市场价值和开发价值，一些发达国家都投入了大量的资金进行研究工作。目前纳米技术也已经渗透到了某些传统产业中，如染料、涂料、食品等。通过纳米技术可使涂料的耐洗刷性由原来的一千多次提高到一万多次，延长老化时间。造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，对贵重物品的运输过程实施全程跟踪监督；将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要充气或更换。这种对传统产业进行纳米改性的技术，企业应用的投入不大，而且市场前景广阔。鉴于纳米科技对未来工业的革命性影响和对传统产业技术改造的广泛性，发达国家的企业为开拓巨大的潜在市场，正在加强技术储备，努力占领战略制高点。目前，硅MOS集成电路的极限线宽一般认为是O.03μm（30nm）。根据美国半导体工业协会预计，到2010年之前，微电子器件的线宽将达到这一物理极限。半导体器件的尺寸将达到0.1弘m（100 nm），这正好是纳米结构器件的*大长度。这不仅是加工精度、研发投资巨大以及量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理和技术限制问题，更重要的是将受到硅及作为绝缘层的二氧化硅自身性质的限制。小于这一尺寸，所有的芯片需要按照新的原理来设计。为了突破信息产业发展的瓶颈，我们必须研究纳米尺度中的理论问题和技术问题，建立适应纳米尺度的新的集成方法和新的技术标准。而在这一尺度上制造出的新型计算机的运算和存储能力将比目前微米技术下的计算机的速度和效率提高数百万倍，使存储容量达到数万亿比特，并且使能耗降低到现在的几十万分之一；通信带宽可能会增大好几百倍；可折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍，这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。 ……

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