纳米材料和纳米结构 国家重大基础研究项目新进展PDF电子书下载

目录 1

第1章 纳米科技导论 1

1.1 纳米冲击波在世界产生的影响 1

1.2 纳米技术的潜力和影响 2

1.3 纳米技术的推动力 3

1.4 纳米技术对各个领域的影响 4

1.5 纳米学科领域的拓展 7

第2章 碳纳米管的制备、表征和性能 12

2.1 多壁碳纳米管的可控制合成——小直径碳纳米管、连续碳纳米管线 12

2.1.1 小直径碳纳米管 12

2.1.2 多壁碳纳米管阵列的可控制合成 20

2.2 单壁、双壁纳米碳管的可控制合成 30

2.2.1 单壁纳米碳管的可控制合成 30

2.2.2 双壁碳纳米管的浮动催化法制备 40

2.3.1 高温溶剂热合成碳纳米管 51

2.3 高温溶剂热合成碳纳米材料 51

2.3.2 碳空心球及无定形碳球的合成 57

2.3.3 碳空心锥制备与表征 58

2.4 单壁、双壁碳纳米管的共振拉曼散射研究 60

2.4.1 双壁碳纳米管的共振拉曼光谱 60

2.4.2 取向单层碳纳米管列阵的偏振拉曼光谱研究 67

2.5 纳米管的生长、缺陷结构和物理特性的分子动力学模拟和第一原理计算 69

2.5.1 单壁碳纳米管的自组装生长的分子动力学模拟 69

2.5.2 碳纳米管上缺陷组装机理的分子动力学模拟研究 70

2.5.3 碳纳米管的弹性和强度 72

2.5.4 单壁碳纳米管储氢性能的理论研究 74

2.5.5 束缚于碳纳米管中的氢分子凝聚和相变 76

2.5.6 含氮碳纳米管的几何构型和电子结构的第一原理计算 77

2.5.7 Ⅲ-Ⅴ化合物管状结构及其电子结构的理论探索 79

2.5.8 甲烷与碳纳米管的碰撞反应研究 80

2.5.9 束缚于纳米空间的原子、分子碰撞反应动力学研究 81

2.6 碳纳米管的性质研究和应用 83

2.6.1 碳纳米管束的拉伸性质研究 84

2.6.2 单根多壁碳纳米管的径向压缩性质的研究 86

2.6.3 多层碳纳米管的热学性质研究 88

2.6.4 多层碳纳米管的电输运性质研究 90

2.6.5 多层碳纳米管在高压下的行为 93

2.6.6 碳纳米管的场发射性质及其显示应用 97

2.6.7 碳纳米管的应用 103

参考文献 105

第3章 纳米线和纳米带 113

3.1 纳米线的气相合成和表征 113

3.1.1 气相法生长纳米线的机理 113

3.1.2 元素纳米线 114

3.1.3 二元化合物纳米线 116

3.1.4 多元化合物纳米线 121

3.2 同轴纳米电缆的合成与表征 124

3.2.1 激光烧蚀法合成同轴纳米电缆 125

3.2.2 溶胶-凝胶与碳热还原及蒸发-凝聚法合成同轴纳米电缆 126

3.2.3 化学气相沉积法合成同轴纳米电缆 126

3.3 纳米带的合成与表征 129

3.3.1 元素纳米带 129

3.3.2 二元化合物纳米带 130

3.3.3 多元化合物纳米带 133

3.4 纳米线和纳米带的光学特性 136

3.4.1 本征发光 137

3.4.2 非本征发光 138

3.5 纳米线和纳米带的输运特性 141

3.5.1 量子扩散区的输运现象 142

3.5.2 弹道区电子输运 144

3.6 纳米线和纳米带的热学特性 151

3.6.1 热膨胀的基本理论和测量 151

3.6.2 纳米颗粒热膨胀和熔点研究 154

3.6.3 纳米线和纳米带的结构相变和热膨胀特性 155

3.7 纳米线和纳米带的谱学特性 159

3.7.1 拉曼光谱和红外光谱 159

3.7.2 X射线光电子能谱（XPS） 161

3.7.3 电子能量损失谱（EELS） 163

3.7.4 电子顺磁共振（EPR） 163

3.7.5 小结 164

参考文献 165

第4章 纳米结构和纳米阵列 171

4.1 氧化铝模板的制备技术 172

4.1.1 氧化铝模板的制备 172

4.1.2 氧化铝模板的结构与表征 174

4.1.3 氧化铝模板有序通道阵列形成机理的探索 174

4.2 大面积有序孔洞材料的制备 176

4.2.1 滴涂法 177

4.2.3 垂直提拉法 178

4.2.2 旋涂法 178

4.3 有序纳米阵列的合成与表征 179

4.3.1 基于氧化铝模板合成的有序纳米阵列 179

4.3.2 基于二维胶体晶体模板合成的有序纳米阵列 199

4.4 纳米颗粒与自组装 202

4.5 纳米阵列的输运特性 207

4.6 纳米阵列的光学特性 211

4.6.1 光致发光 211

4.6.2 光吸收 216

4.6.3 光偏振 219

4.7 纳米阵列的磁学特性 222

4.8 纳米阵列的谱学特性 229

4.8.1 拉曼散射光谱 229

4.8.2 能量损失谱 231

4.8.3 X光电子能谱 232

4.8.4 电子顺磁共振谱 233

参考文献 234

第5章 纳米多孔材料的制备技术 241

5.1 介孔材料及其分类 241

5.2 介孔复合体及组装技术 243

5.3 介孔材料的评价技术 244

5.3.1 滞后圈与孔形状结构 245

5.3.2 孔径分布的计算 246

5.4 介孔组装体系的制备技术及性质研究 247

5.5 干凝胶及气凝胶制备技术 251

5.6 MCM-41有序介孔材料制备技术 253

5.6.1 MCM-41介孔分子筛的发展历史 253

5.6.2 MCM-41的基本含义，结构和组成 254

5.6.3 MCM-41的合成方法 255

5.6.4 MCM-41的形成机理 256

5.6.5 MCM-41的结构表征 258

参考文献 260

5.6.7 MCM-41介孔组装体的研究现状 260

5.6.6 介孔分子筛MCM-41的一些优异性质及其用途 260

第6章 纳米界面与薄膜 263

6.1 二元协同纳米界面材料的设计原理 263

6.2 超疏水纳米界面材料的合成与表征——从自然到仿生的超疏水纳米界面材料 265

6.2.1 植物叶表面的疏水性 266

6.2.2 纳米结构产生高接触角 267

6.2.3 外场刺激下的超亲水-超疏水可逆开关 269

6.2.4 纳米结构与微米结构结合产生低滚动角 270

6.2.5 表面微米结构的排列影响滚动各向异性 272

6.3 颗粒膜的合成与表征 273

6.3.1 颗粒膜的制备 273

6.3.2 颗粒膜的表征 276

6.4 颗粒膜的磁学特性 279

6.4.1 颗粒体系中的静磁特性 279

6.4.2 颗粒膜中的输运特性 283

6.5.1 金属-金属型颗粒膜的巨磁电阻效应 285

6.5 颗粒膜的巨磁电阻效应 285

6.5.2 金属-绝缘体型颗粒膜的磁电阻效应 291

6.6 纳米磁性薄膜的霍尔效应研究 295

6.6.1 M-I型颗粒膜的巨霍尔效应研究 297

6.6.2 M-M型颗粒膜的巨霍尔效应的研究 301

6.7 颗粒膜的磁光效应 303

6.7.1 Fe-SiO2颗粒膜的磁光效应 303

6.7.2 Co-Ag颗粒膜的磁光效应 304

6.7.3 Fe-Si合金薄膜的磁光效应 304

6.8 纳米磁性薄膜的应用 306

6.8.1 高密度读出磁头 306

6.8.2 磁电阻效应传感器 308

6.8.3 磁随机存储器 310

6.8.4 自旋晶体管 311

参考文献 312

7.1 纳米金属体材料制备和表征 316

第7章 纳米金属体材料 316

7.1.1 纳米金属体材料的制备 317

7.1.2 纳米金属体材料的结构及其表征 320

7.2 纳米金属的力学性质 327

7.2.1 强度 327

7.2.2 塑性 330

7.2.3 弹性模量 332

7.2.4 应变强化 332

7.2.5 超塑性 333

7.2.6 蠕变 334

7.3 纳米金属的热稳定性 334

7.4 纳米晶软磁材料制备与性质 342

7.4.1 纳米晶材料中组元对磁性的影响 343

7.4.2 退火处理中降温速率对磁性的影响 345

7.4.3 纳米晶表面应力场及晶粒内位错的稳定性 345

7.4.4 纳米晶条带的表面改性 346

7.4.5 纳米晶中的马氏体转变 348

7.4.6 纳米晶软磁条带磁化过程中的弛豫 349

7.4.7 磁化机制与晶粒尺寸的关系 350

7.4.8 小结 350

7.5 纳米复合稀土永磁材料 351

7.5.1 纳米复合NdFeB永磁体中非晶相对交换耦合作用的影响 352

7.5.2 Dy元素对富B体系纳米复合NdFeB的热行为和磁性能的影响以及该体系工艺参数的制定 353

7.5.3 元素添加对磁性能的改善 353

7.6 纳米晶磁制冷材料 354

7.6.1 磁制冷概念及国内外研究概况 354

7.6.2 纳米晶磁制冷材料 355

参考文献 357

第8章 纳米陶瓷与纳米复相陶瓷 364

8.1 ZnO纳米陶瓷 365

8.1.1 沉淀法制备ZnO纳米粉体 365

8.1.2 ZnO纳米陶瓷的烧结与性能 366

8.1.3 ZnO纳米陶瓷的电学性能 368

8.2 SiC-Al2O3纳米复相陶瓷 369

8.2.1 SiC-Al2O3纳米复合粉体的制备 369

8.2.2 SPS烧结SiC-Al2O3纳米复相陶瓷的制备与力学性能 370

8.3 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复相陶瓷 372

8.3.1 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合粉体的制备与表征 372

8.3.2 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC烧结体的制备与显微结构观察 373

8.3.3 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复相陶瓷的力学性能 376

8.4 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷 377

8.4.1 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷的制备 377

8.4.2 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷的显微结构与力学性能研究 378

8.5 TiN-A12O3、TiN-Si3N4纳米复相导电陶瓷 381

8.5.1 TiN-Al2O3、TiN-Si3N4纳米复相陶瓷的制备 381

8.5.2 TiN-Al2O3、TiN-Si3N4纳米复相陶瓷的表征与导电性能研究 381

8.6 CNTs-Al2O3纳米复相陶瓷 385

8.6.1 碳纳米管在水性介质中的分散 386

8.6.2 CNTs-Al2O3纳米复合粉体的制备 387

8.6.3 CNTs/Al2O3纳米复相陶瓷的制备及力学性能 388

8.7 CNTs-HAp纳米复相陶瓷 390

8.7.1 原位沉积法制备CNTs-HAp纳米复合粉体 391

8.7.2 热压烧结制备CNTs-HAp纳米复相陶瓷 392

参考文献 394

第9章 纳米材料化学制备的新技术、新方法研究 395

9.1 溶剂热合成氮、硼、碳、磷等化合物的纳米材料 396

9.1.1 碘输运溶剂热制备六方相和岩盐相GaN 396

9.1.2 HPN2和BN纳米管与纳米空心球的合成 397

9.1.3 还原-碳化法制备SiC纳米线 400

9.1.4 用碳纳米管为原料合成TiC空心球 400

9.1.5 α-Si3N4纳米晶的低温制备 401

9.2 纳米材料的溶剂热、水热合成机理研究 402

9.2.1 乙二胺、单胺配体溶剂热合成硫族化合物纳米材料 402

9.2.2 In2O3和MnS介稳相纳米材料的溶剂热合成 405

9.2.3 Te、硫化物及氧化物纳米材料的水热合成及形成机制 407

9.2.4 表面活性剂对Ni和Te的形状控制 412

9.3 复合溶剂热体系中纳米材料的合成 414

9.3.1 利用丙三醇-水为溶剂制备了Bi2S3纳米带和Cu纳米线 414

9.3.2 原位-前驱物模板-界面反应路线制备纳米空球 416

9.3.3 以乙二胺-水为复合溶剂合成了规则几何形状的PbS闭合纳米线 417

9.3.4 1-D Te纳米结构的控制合成 418

9.4 纳米材料制备新方法研究 419

9.4.1 γ射线辐照法合成纳米材料 419

9.4.2 微波辅助制备纳米材料 421

9.4.3 多元醇回流法合成纳米材料 422

9.4.4 熔盐法制备纳米材料 423

9.4.5 超声辅助制备纳米材料 423

9.4.6 室温条件下合成纳米材料 423

参考文献 424

10.1.2 表面活性剂参与的异质原子岛生长的反应形核理论 426

10.1.1 引言 426

第10章 纳米体系的若干理论问题研究 426

10.1 表面纳米结构的生长与稳定性理论 426

10.1.3 表面三维原子岛的退化机理 427

10.1.4 CO分子对Pt原子岛形状的控制机理 427

10.1.5 实际纳米结构生长的相场模型 428

10.1.6 小结 429

10.2 自旋电子学材料的第一原理研究与设计 429

10.2.1 引言 429

10.2.2 方法与参数 430

10.2.3 闪锌矿过渡金属化合物 430

10.2.4 纤锌矿结构的半金属铁磁体 432

10.2.5 小结 433

10.3 纳米结构的量子性质及其相关效应 433

10.3.1 引言 433

10.3.2 量子尺寸效应 434

10.3.3 库仑阻塞效应 435

10.3.4 Fano效应 437

10.3.5 Kondo效应 439

10.4 团簇及团簇催化性质 440

10.4.1 引言 440

10.4.2 团簇结构 440

10.4.3 团簇的催化及氧化性质 442

10.4.4 构造新的团簇组分和结构来设计新的高效催化剂 446

10.5 准二维体系中的d-波超导电性 449

10.5.1 引言 449

10.5.2 准二维Hubbard模型中的超导相变 450

10.5.3 有关计算方法 451

10.5.4 小结 451

参考文献 452

结束语 454