纳米结构材料科学基础PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 纳米科技：一场可能的新产业革命 1

1.2 纳米的概念 3

1.3 纳米尺度材料的新特性 5

1.4 纳米科学与技术 10

1.5 纳米科技的历史 12

参考文献 19

第2章 团簇物理 20

2.1 原子团簇的概念 21

2.2 团簇的表体比 24

2.3 团簇的稳定结构和幻数 26

2.4 团簇的光吸收和光电子谱 34

2.5 团簇的热力学与“相变” 42

2.6 纳米粒子 49

参考文献 51

第3章 纳米结构制备：“由底向上”的途径 52

3.1 获得纳米结构的两类途径 52

3.2 纳米粒子的气相制备 53

3.3 纳米粒子的尺寸分布及尺寸选择 62

3.4 纳米粒子的化学合成 66

3.4.1 溶液反应法制备纳米粒子 67

3.4.2 喷雾法制备纳米粒子 73

3.5 纳米粒子的团聚与分散 76

参考文献 82

第4章 低维纳米结构及其制备与组装 84

4.1 低维纳米结构 84

4.2 一维纳米结构 86

4.3 一维纳米结构制备 88

4.3.1 一维纳米结构的气相制备 89

4.3.2 一维纳米结构的液相制备 89

4.3.3 其他一维纳米结构的制备方法 92

4.4 一维纳米结构生长机制 93

4.5 二维纳米结构 97

4.6 二维纳米结构的自组装 100

4.6.1 自组装单层膜 101

4.6.2 纳米粒子自发有序 104

4.6.3 嵌段共聚物自组装 105

4.6.4 Stranski-Krastanov生长法 107

4.6.5 模板引导的自组装 111

4.7 纳米固体 114

参考文献 115

第5章 微纳米加工 117

5.1 半导体器件特征尺寸的缩小 117

5.2 光学曝光的基本工艺流程 118

5.3 学曝光的分辨率极限 121

5.4 极端紫外光学曝光与X射线光学曝光 124

5.5 电子束曝光 125

5.6 聚焦离子束加工 128

5.7 图形转移技术 130

5.8 分辨率增强技术 133

参考文献 136

第6章 扫描探针显微术 137

6.1 材料显微分析技术及其分辨率极限 137

6.2 扫描探针显微镜的特点 139

6.3 扫描隧道显微镜的原理 141

6.4 扫描隧道显微镜的构造 144

6.5 扫描隧道显微镜的工作模式 147

6.6 扫描隧道显微镜达到原子分辨的途径 148

6.7 原子力显微镜的原理 149

6.8 原子力显微镜的构造 150

6.9 原子力显微镜的工作模式与成像模式 152

6.10 原子力显微镜探针 154

6.11 扫描探针显微镜家族 156

6.12 基于扫描探针显微镜的纳米加工 158

参考文献 160

第7章 纳米结构的电子性质 161

7.1 固体能带的起源 161

7.1.1 金属自由电子理论 161

7.1.2 能带的形成 163

7.2 金属纳米粒子的量子尺寸效应：Kubo理论 165

7.2.1 尺寸减小导致电子能级的明显分立 165

7.2.2 量子体系电子能级的统计学和热力学 167

7.3 量子限制效应 170

7.3.1 不同维度材料的电子结构特征 170

7.3.2 量子点的量子限制效应 172

7.4 特征长度和相干长度 174

7.4.1 输运性质的经典理论 174

7.4.2 与电子输运相关的特征长度 176

7.5 弹道输运 178

7.6 Landauer-Büttiker公式 180

7.7 量子干涉 184

7.8 库仑阻塞与单电子学 187

7.8.1 库仑阻塞与单电子学的基本概念 187

7.8.2 单电子隧道结 188

7.8.3 电流偏置隧道结：库仑振荡 189

7.8.4 观察到库仑阻塞和库仑振荡的条件 191

7.8.5 电压偏置的串联单电子隧道结：库仑台阶 192

参考文献 194

第8章 纳米结构的磁性 195

8.1 物质的磁性 196

8.2 团簇的磁矩 197

8.3 单畴极限 200

8.4 各向异性 201

8.5 超顺磁性 202

8.6 交换作用 204

8.7 巨磁电阻 205

参考文献 209

第9章 纳米结构的光学性质 211

9.1 材料的光学性质 211

9.1.1 固体的基本光学参数 211

9.1.2 固体的光吸收 213

9.1.3 固体发光 215

9.2 半导体量子点的光学性质 216

9.2.1 半导体量子点的能带结构 217

9.2.2 半导体纳米结构的光吸收 218

9.2.3 半导体量子点的发光 221

9.2.4 Ⅳ族半导体纳米结构 223

9.3 金属表面等离激元 224

9.3.1 等离激元的基本概念 224

9.3.2 Drude模型 225

9.3.3 介质金属界面的表面等离激元 226

9.4 局域表面等离激元 229

9.4.1 金属纳米粒子的表面等离激元共振 229

9.4.2 表面等离激元共振的影响因素 232

9.5 耦合表面等离激元 237

9.6 近场 238

9.7 近场光学显微 241

9.8 局域场增强效应 243

9.9 表面增强拉曼光谱 246

9.9.1 表面增强拉曼散射的机理 246

9.9.2 SERS增强因子 249

9.9.3 针尖增强拉曼光谱 249

9.10 等离激元增强发光 251

9.10.1 表面等离激元与荧光分子的作用 252

9.10.2 金属纳米结构表面等离激元对半导体发光的作用 253

9.11 非线性光学增强 254

参考文献 256

第10章 富勒烯与碳纳米管 260

10.1 共价键理论 260

10.2 碳的同素异构体 263

10.3 富勒烯 265

10.4 碳纳米管的制备 269

10.5 碳纳米管的结构 271

10.6 异型单壁碳纳米管 276

10.7 碳纳米管的电学性质 278

10.7.1 单壁碳纳米管的电子能带结构 278

10.7.2 单壁碳纳米管的电学性质 280

10.8 碳纳米管的力学性质 281

10.9 碳纳米管的热学性质 283

参考文献 284