纳米结构和纳米材料 合成、性能及应用 第2版PDF电子书下载

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