先进材料合成与制备技术 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1材料的发展历史 1

1.2先进材料及其重要性 4

1.3先进材料的合成与制备技术 10

参考文献 13

第2章 溶胶-凝胶法 14

2.1概述 14

2.1.1溶胶-凝胶法简介 14

2.1.2溶胶-凝胶法的主要用途和基本流程 14

2.1.3溶胶-凝胶法的优缺点 19

2.2溶胶-凝胶法制备薄膜 20

2.2.1制备氧化物薄膜 21

2.2.2制备硫化物薄膜 24

2.2.3制备有机金属卤化物钙钛矿薄膜 26

2.2.4制备有机-无机杂化薄膜 27

2.3溶胶-凝胶法制备纳米晶 30

2.3.1制备氧化物纳米晶 31

2.3.2制备金属纳米晶 33

参考文献 34

第3章 水热和溶剂热法 38

3.1概述 38

3.1.1水热法 38

3.1.2水热物理化学 39

3.1.3水热技术类型 40

3.1.4溶剂热法 42

3.2水热和溶剂热法在纳米材料制备中的应用进展 43

3.2.1金属、半金属及合金纳米材料的合成 44

3.2.2二元氧族化合物纳米材料的合成 52

3.2.3氮族和碳族化合物纳米材料的合成 58

3.2.4多元化合物纳米材料的合成 60

3.2.5介孔和介结构材料的合成 62

3.2.6复合纳米材料的合成 63

3.3水热和溶剂热法在材料合成中的应用展望 68

参考文献 68

第4章 高温油相法 72

4.1概述 72

4.1.1高温油相法简介 72

4.1.2高温油相法的三要素 73

4.1.3高温油相法的优缺点 74

4.2高温油相法成核、生长与提纯机理 74

4.2.1均匀成核基础 74

4.2.2晶核的后续生长 77

4.2.3分离提纯机理 81

4.3半导体纳米颗粒的合成与形貌控制 83

4.3.1量子点CdSe的合成 84

4.3.2纳米棒CdSe的合成 86

4.3.3四针状CdSe的合成 87

4.4其他纳米颗粒合成 88

4.4.1氧化物纳米颗粒合成 88

4.4.2金属纳米颗粒合成 91

4.4.3多元杂化纳米颗粒合成 92

参考文献 94

第5章 微波合成技术 98

5.1概述 98

5.1.1微波与物质的相互作用 98

5.1.2微波技术的特点 99

5.1.3微波技术的发展 100

5.2微波在材料合成中的应用 101

5.2.1微波合成的应用领域 101

5.2.2微波促进反应的机理 102

5.2.3微波合成中存在的问题 103

5.3液相微波合成 103

5.4固相微波合成 107

5.4.1间歇微波法合成WO3-C复合材料用于直接甲醇燃料电池 107

5.4.2间歇微波法制备掺氮石墨烯用于质子交换膜燃料电池中的Pt催化剂载体 111

5.4.3微波法合成超薄g-C3N4用于光催化还原CO2 117

5.5小结 123

参考文献 123

第6章 超声电化学法 127

6.1概述 127

6.1.1超声化学法 127

6.1.2电化学法 129

6.1.3超声电化学法的原理与特点 129

6.1.4超声电化学法的分类 130

6.2超声电化学法在纳米材料制备中的应用进展 132

6.2.1纳米颗粒的可控制备 132

6.2.2一维纳米材料的制备 137

6.2.3树枝状纳米材料的制备 141

6.2.4多孔纳米材料的制备 144

6.2.5微纳分级结构材料的制备 145

6.2.6复合纳米材料的制备 146

6.3超声电化学在材料合成中的应用展望 153

参考文献 154

第7章 限域合成技术 157

7.1概述 157

7.2模板合成 157

7.2.1硬模板法合成 157

7.2.2软模板法合成 170

7.2.3气泡模板法 175

7.3雾化热解法 177

7.4纳米颗粒原位转换法 179

7.4.1克肯达尔效应 180

7.4.2离子交换法 183

7.4.3电镀置换法 185

7.5限域合成的优缺点 186

参考文献 187

第8章化学气相沉积技术 191

8.1概述 191

8.2化学气相沉积原理 192

8.2.1化学气相沉积定义 192

8.2.2化学气相沉积中的化学反应 193

8.2.3化学气相沉积中的化学热力学和动力学 195

8.2.4化学气相沉积的特点与分类 196

8.3化学气相沉积前驱体和材料 199

8.3.1化学气相沉积前驱体的要求和种类 199

8.3.2化学气相沉积材料 202

8.4化学气相沉积与新材料 204

8.4.1金属有机化学气相沉积生长LaAlO3栅介电薄膜及其电学性能 204

8.4.2新型无水金属硝酸盐化学气相沉积前驱体的合成、表征及其应用 208

8.4.3聚焦离子束化学气相沉积在复杂三维纳米结构制备上的应用 214

8.4.4化学气相沉积制备金刚石薄膜和碳纳米管 216

8.4.5化学气相沉积制备二维材料石墨烯 220

参考文献 226

第9章 原子层沉积技术 231

9.1概述 231

9.2原子层沉积原理、特点及分类 231

9.2.1原子层沉积原理 231

9.2.2原子层沉积特点 235

9.2.3原子层沉积分类 236

9.3原子层沉积前驱体和材料 239

9.3.1原子层沉积前驱体 239

9.3.2原子层沉积材料 241

9.4等离子体增强原子层沉积 242

9.4.1等离子体增强原子层沉积原理 242

9.4.2等离子体增强原子层沉积特点 243

9.5原子层沉积应用 244

9.5.1高k栅介质和新型半导体沟道材料的集成与性能 245

9.5.2超高密度存储器 251

9.5.3生物相容性涂层 259

9.5.4纳米结构和图案的制备及其在能源与光学领域的应用 261

参考文献 265

第10章 原子层刻蚀技术 270

10.1概述 270

10.2原子层刻蚀原理与特点 270

10.2.1基本原理 270

10.2.2等离子体原子层刻蚀原理 272

10.2.3热原子层刻蚀原理 275

10.2.4原子层刻蚀特点 280

10.3原子层刻蚀材料 281

10.3.1等离子体原子层刻蚀材料 281

10.3.2热原子层刻蚀材料 283

10.4展望与挑战 283

参考文献 284

第11章 团簇束流沉积技术 288

11.1概述 288

11.2团簇束流的产生 290

11.3团簇束流沉积制备纳米结构薄膜 296

11.3.1团簇束流沉积纳米粒子薄膜制备技术 296

11.3.2团簇束流沉积过程的在线监控 300

11.3.3定向团簇束流沉积 302

11.3.4团簇束流掠角沉积制备三维纳米粒子柱状多孔阵列 306

11.3.5团簇束流沉积制备纳米合金 309

11.4荷能团簇束流沉积 310

参考文献 313

第12章 脉冲激光沉积技术 317

12.1概述 317

12.2激光与靶的相互作用 318

12.2.1概述 318

12.2.2靶对激光的吸收及靶的熔化和气化 319

12.2.3表面等离子体形成及与激光的相互作用 321

12.2.4碰撞及喷嘴效应 323

12.2.5蒸气及等离子体与靶表面的相互作用 328

12.3羽焰的传输 330

12.3.1概述 330

12.3.2激光脉冲结束后表面等离子体的初始膨胀 331

12.3.3烧蚀物传输的流体行为——激波的形成和传输 332

12.3.4激波的效应 335

12.3.5沉积粒子速度的双峰现象 337

12.3.6真空及低气压下烧蚀物对膜表面的再溅射效应 339

12.4沉积粒子的化学状态、能量、沉积时间和空间分布 339

12.4.1概述 339

12.4.2沉积粒子化学状态 339

12.4.3沉积粒子能量 341

12.4.4沉积时间和沉积速率 343

12.4.5沉积粒子的空间分布 343

12.4.6脉冲激光沉积与分子束外延的比较 344

12.5薄膜的形成及生长 344

12.5.1薄膜生长的基本过程 344

12.5.2脉冲激光沉积中薄膜生长的特征 345

12.5.3薄膜取向控制 346

12.6液体中的激光烧蚀 349

12.6.1概述 349

12.6.2液体中激光烧蚀对硅表面形貌的调制 349

12.6.3液体中激光烧蚀制备纳米颗粒 350

12.7总结和展望 352

参考文献 353

第13章 分子束外延 361

13.1半导体分子束外延 361

13.1.1概述 361

13.1.2技术原理与系统构成 364

13.1.3技术特点 366

13.1.4分子束的产生 367

13.1.5 RHEED监控原理 369

13.1.6新型纳米复合材料的分子束外延 370

13.2激光分子束外延 371

13.2.1概述 371

13.2.2高气压RHEED监控 371

13.2.3二维薄膜生长——逐层生长和台阶流生长 373

13.2.4衬底处理 375

13.2.5钙钛矿薄膜、超薄膜和超晶格制备 376

13.3氧化物分子束外延 378

13.3.1概述 378

13.3.2同质外延生长SrTiO3薄膜 381

13.3.3异质外延生长SrTiO3薄膜 384

参考文献 387

第14章 磁控溅射 390

14.1溅射原理概述 390

14.1.1溅射的工作原理 390

14.1.2磁控溅射的工作原理 392

14.1.3磁控溅射薄膜生长特点 393

14.1.4溅射产额 395

14.2磁控溅射技术 398

14.2.1射频溅射与反应溅射 398

14.2.2非平衡磁控溅射技术 400

14.2.3高功率脉冲磁控溅射 402

14.3磁控溅射应用于材料沉积的实例 404

14.3.1磁控溅射ZnO薄膜的生长 404

14.3.2磁控溅射铁氧体薄膜的生长 408

14.3.3高功率脉冲磁控溅射AlN薄膜的生长 409

参考文献 411

第15章 蒸发沉积技术 414

15.1蒸发沉积的物理基础 414

15.1.1蒸发与凝结 414

15.1.2蒸发物质的空间角分布 415

15.2蒸发沉积膜层的生长与结构特性 416

15.3平坦表面柱状微结构的蒸发沉积 417

15.3.1表面扩散与柱状微结构薄膜生长 417

15.3.2倾角沉积的微孔柱状微结构生长 418

15.3.3预置图案化表面的微孔柱状微结构生长 420

15.3.4微孔柱状结构薄膜的物理特性及其应用 421

15.4微结构表面的蒸发沉积 422

15.4.1蒸发沉积的台阶覆盖性能 422

15.4.2定向沉积与沉积膜层的图案化 423

15.4.3图案化沉积膜层的遮蔽蒸发沉积 424

参考文献 430

第16章 提拉法晶体生长技术 433

16.1概述 433

16.2提拉法简介 433

16.3提拉法晶体生长理论 435

16.3.1输运理论 435

16.3.2热力学理论 440

16.3.3动力学理论 441

16.3.4晶体生长形态 442

16.4提拉法晶体生长过程 447

16.4.1提拉法晶体生长程序 447

16.4.2影响晶体生长的因素 448

16.5晶体结构与缺陷 451

16.5.1晶体结构 451

16.5.2晶体缺陷 452

16.6提拉法晶体生长技术进展 455

16.6.1自动等径控制技术 455

16.6.2双坩埚连续加料技术 456

参考文献 457

第17章 纳米压印技术 459

17.1纳米压印技术的发展 459

17.2纳米压印技术的种类 461

17.2.1热压印与紫外光固化压印 461

17.2.2滚轴压印 462

17.3纳米压印胶材料 463

17.3.1紫外光固化纳米压印胶材料 463

17.3.2双层纳米压印胶体系 465

17.4纳米压印的技术挑战 466

17.4.1纳米压印的缺陷与对准问题 466

17.4.2纳米压印的工艺要求 467

17.4.3纳米压印模板与低表面能处理 468

17.5复合纳米压印技术 470

17.5.1复合纳米压印模板 470

17.5.2曲面压印 472

17.5.3改善纳米压印缺陷 473

17.6纳米压印技术的应用与前景 474

17.6.1磁记录与存储器件 474

17.6.2粒径单一、形貌可控的纳米颗粒 476

17.6.3有序金属纳米结构阵列 477

参考文献 479

第18章 金属3D打印技术及其粉体材料制备 482

18.1 3D打印概述 482

18.1.1 3D打印技术发展简介 482

18.1.2 3D打印原理及基本流程 484

18.2金属3D打印技术 487

18.2.1金属3D打印技术分类及技术特点 487

18.2.2激光选区烧结与熔化 488

18.2.3电子束选区熔化 489

18.2.4激光近净成形 491

18.3金属3D打印材料 493

18.3.1金属3D打印用粉体材料的要求 493

18.3.2金属3D打印材料简介 496

18.4 3D打印用金属粉体材料的制备 500

18.4.1水雾化法 501

18.4.2气雾化法 501

18.4.3超声雾化法 503

18.4.4其他制备技术 505

参考文献 507

第19章 DNA自组装纳米技术 511

19.1概述 511

19.1.1 DNA的分子结构 511

19.1.2 DNA纳米结构的设计与合成 512

19.1.3 DNA纳米结构的自组装 512

19.1.4 DNA纳米结构的表征 513

19.2 DNA自组装纳米结构 513

19.2.1 DNA分子瓦二维结构自组装 514

19.2.2 DNA分子瓦三维结构自组装 516

19.2.3 DNA折纸术 518

19.2.4 DNA折纸术二维结构自组装 519

19.2.5 DNA折纸术三维结构自组装 520

19.3 DNA自组装结构的动态变化 522

19.3.1链置换反应驱动DNA结构变化 522

19.3.2环境因素驱动DNA结构变化 525

19.4 DNA纳米结构的应用 527

19.4.1 DNA纳米结构引导的纳米材料定向组装 527

19.4.2 DNA纳米结构的生物医学应用 531

参考文献 532