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1绪论1

1.1引言1

1.2纳米技术的产生3

1.3“自下而上”法和“自上而下”法6

1.4纳米技术的挑战9

1.5本书概况9

参考文献11

2固态表面的物理化学13

2.1引言13

2.2表面能15

2.3化学势与表面曲率21

2.4静电稳定化25

2.4.1表面电荷密度25

2.4.2固态表面附近电势27

2.4.3范德瓦耳斯吸引势28

2.4.4两粒子间相互作用：DLVO理论30

2.5空间稳定化33

2.5.1溶剂和聚合物34

2.5.2聚合物层间相互作用35

2.5.3空间和静电复合相互作用37

2.6总结38

参考文献38

3零维纳米结构：纳米粒子41

3.1引言41

3.2均匀成核形成纳米粒子42

3.2.1均匀成核基础43

3.2.2晶核的后续生长46

3.2.2.1扩散控制的生长47

3.2.2.2表面过程控制的生长47

3.2.3金属纳米粒子的合成50

3.2.3.1还原剂的影响53

3.2.3.2其他因素的影响55

3.2.3.3聚合物稳定剂的影响56

3.2.4半导体纳米粒子的合成62

3.2.5氧化物纳米粒子的合成67

3.2.5.1溶胶-凝胶法68

3.2.5.2强制水解70

3.2.5.3离子的控制释放71

3.2.6气相反应73

3.2.7固态相分离74

3.3非均匀成核形成纳米粒子76

3.3.1非均匀成核基础76

3.3.2纳米粒子合成78

3.4纳米粒子的动力学限域合成79

3.4.1胶束或微乳液中合成80

3.4.2气溶胶合成81

3.4.3生长终止82

3.4.4雾化热解82

3.4.5模板合成83

3.5外延核-壳纳米粒子83

3.6总结86

参考文献86

4一维纳米结构：纳米线和纳米棒95

4.1引言95

4.2自发生长97

4.2.1蒸发（溶解）-冷凝生长97

4.2.1.1蒸发（溶解）-冷凝生长基本原理97

4.2.1.2蒸发-冷凝生长102

4.2.1.3溶解-冷凝生长106

4.2.2气相（或溶液）-液相-固相（VLS或SLS）生长109

4.2.2.1 VLS和SLS生长的基本原理109

4.2.2.2不同纳米线的VLS生长112

4.2.2.3纳米线尺寸的控制114

4.2.2.4前驱体和催化剂118

4.2.2.5溶液-液态-固态生长119

4.2.3应力诱导再结晶121

4.3基于模板合成121

4.3.1电化学沉积122

4.3.2电泳沉积128

4.3.3模板填充134

4.3.3.1胶态分散体填充135

4.3.3.2熔融和溶液填充137

4.3.3.3化学气相沉积137

4.3.3.4离心沉积137

4.3.4通过化学反应转换138

4.4静电纺丝141

4.5光刻144

4.6总结146

参考文献146

5二维纳米结构：薄膜155

5.1引言155

5.2薄膜生长的基本原理156

5.3真空科学160

5.4物理气相沉积（PVD）162

5.4.1蒸发162

5.4.2分子束外延生长（ MBE）164

5.4.3溅射165

5.4.4蒸发和溅射的比较166

5.5化学气相沉积（CVD）167

5.5.1典型的化学反应167

5.5.2反应动力学169

5.5.3输运现象169

5.5.4 CVD方法171

5.5.5 CVD法制备金刚石薄膜173

5.6原子层沉积175

5.7超晶格179

5.8自组装181

5.8.1有机硅单分子层或硅烷衍生物182

5.8.2烷基硫醇和硫化物的单分子层184

5.8.3羧酸、胺、乙醇的单分子层186

5.9朗缪尔-布洛杰特薄膜187

5.10电化学沉积190

5.11溶胶-凝胶薄膜192

5.12总结195

参考文献195

6特殊纳米材料203

6.1引言203

6.2碳富勒烯和纳米管204

6.2.1碳富勒烯204

6.2.2富勒烯衍生晶体205

6.2.3碳纳米管205

6.3微孔和介孔材料211

6.3.1有序介孔结构211

6.3.2无序介孔结构218

6.3.3晶态微孔材料：沸石222

6.4核-壳结构228

6.4.1金属-氧化物结构229

6.4.2金属-聚合物结构231

6.4.3氧化物-聚合物纳米结构231

6.5有机-无机杂化物233

6.5.1第一类杂化物233

6.5.2第二类杂化物234

6.6插层化合物235

6.7纳米复合材料和纳米晶材料237

6.8反转蛋白石239

6.9生物诱导纳米材料241

6.10总结242

参考文献242

7物理法制备纳米结构255

7.1引言255

7.2刻蚀256

7.2.1光刻257

7.2.2相移光刻259

7.2.3电子束光刻260

7.2.4 X射线光刻262

7.2.5聚焦离子束（FIB）光刻263

7.2.6中性原子束光刻266

7.3纳米操纵和纳米光刻267

7.3.1扫描隧道显微镜（STM）267

7.3.2原子力显微镜（AFM）269

7.3.3近场扫描光学显微镜（NSOM ）270

7.3.4纳米操纵271

7.3.5纳米光刻275

7.4软光刻279

7.4.1微接触印刷280

7.4.2模塑281

7.4.3纳米压印282

7.4.4蘸笔纳米光刻283

7.5纳米粒子及纳米线的组装284

7.5.1毛细管力284

7.5.2弥散相互作用287

7.5.3剪切力辅助组装287

7.5.4电场辅助组装287

7.5.5共价键连接组装288

7.5.6重力场辅助组装288

7.5.7模板-辅助组装288

7.6其他微制造方法289

7.7总结290

参考文献290

8纳米材料的表征和性能299

8.1引言299

8.2结构表征300

8.2.1 X射线衍射（XRD）300

8.2.2小角度X射线散射（SAXS）301

8.2.3扫描电子显微镜（SEM ）303

8.2.4透射电子显微镜（TEM ）307

8.2.5扫描探针显微镜（SPM ）308

8.2.6气体吸附311

8.3化学表征312

8.3.1光谱312

8.3.2电子谱315

8.3.3离子谱316

8.4纳米材料的物理性能318

8.4.1熔点和晶格常数318

8.4.2力学性能322

8.4.3光学性能324

8.4.3.1表面等离子共振324

8.4.3.2量子尺寸效应329

8.4.4电导331

8.4.4.1表面散射332

8.4.4.2电子结构的变化335

8.4.4.3量子输运335

8.4.4.4微结构效应337

8.4.5铁电体和电介质338

8.4.6超顺磁性341

8.5总结343

参考文献343

9纳米材料的应用353

9.1引言353

9.2分子电子学和纳米电子学354

9.3纳米机器人355

9.4纳米粒子的生物应用356

9.5金纳米粒子催化剂358

9.6带隙工程量子器件359

9.6.1量子阱器件359

9.6.2量子点器件360

9.7纳米力学362

9.8碳纳米管发射器363

9.9纳米材料的能源应用365

9.9.1光电化学电池365

9.9.2锂离子充电电池367

9.9.3储氢370

9.9.4热电器件372

9.10纳米材料的环境应用374

9.11光子晶体和等离子波导375

9.11.1光子晶体375

9.11.2等离子波导377

9.12总结377

参考文献378

附录389

附录1元素周期表389

附录2国际单位390

附录3基本物理常数390

附录4 14种三维晶格类型391

附录5电磁波谱392

附录6希腊字母表392

索引394

中文版后记406

作者和译者简介408