纳米材料及其制备技术PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 纳米科技的内涵 1

1.1.1 纳米科技研究的尺度 1

1.1.2 纳米科技的内涵 2

1.2 纳米科技的发展 3

1.2.1 纳米科技诞生的历史背景 3

1.2.2 自然界中的纳米材料——纳米科技发展的重要启示 4

1.2.3 纳米科技发展的驱动力 13

1.2.4 纳米科技发展的里程碑 19

1.3 纳米材料在纳米科技中的地位 23

思考题 24

2 纳米材料的基本概念及基本效应 25

2.1 纳米材料的定义 25

2.1.1 纳米材料的定义 25

2.1.2 纳米材料的内涵 25

2.1.3 纳米材料的举例 26

2.2 纳米材料的基本结构单元 26

2.2.1 团簇 26

2.2.2 纳米粒子 31

2.2.3 准一维纳米材料 31

2.2.4 人造原子 32

2.2.5 几个物理概念 34

2.2.6 纳米相材料 35

2.3 纳米材料的基本效应 37

2.3.1 表（界）面效应 37

2.3.2 量子尺寸效应 38

2.3.3 小尺寸效应 39

2.3.4 介电限域效应 39

2.3.5 库仑阻塞与单电子隧穿效应 39

2.3.6 宏观量子隧道效应 41

2.4 纳米材料的发展史及研究内容 41

2.4.1 纳米材料的发展史 41

2.4.2 纳米材料科学的研究对象 42

思考题 42

3 纳米微粒的结构与物理化学特性 43

3.1 纳米微粒的结构与形貌 43

3.2 热学性能 45

3.2.1 纳米微粒的熔点和烧结温度 46

3.2.2 纳米晶体的比热容 50

3.2.3 纳米晶体的热膨胀 51

3.2.4 纳米晶体的晶粒成长 52

3.3 电学性能 56

3.3.1 纳米晶金属电导的尺寸效应 57

3.3.2 纳米金属与合金的电阻 57

3.3.3 纳米材料的介电特性 59

3.4 光学性质 62

3.4.1 宽频带强吸收 62

3.4.2 吸收光谱的蓝移现象 63

3.4.3 吸收光谱的红移现象 64

3.4.4 激子吸收带——量子限域效应 64

3.4.5 纳米颗粒的发光现象 65

3.5 磁学性质 67

3.5.1 纳米材料的磁学特性 67

3.5.2 纳米磁性材料 70

3.6 力学性质 73

3.6.1 Hall-Petch关系 73

3.6.2 弹性模量 75

3.6.3 超塑性 75

3.7 纳米微粒悬浮液和动力学性质 76

3.7.1 布朗运动 76

3.7.2 扩散 77

3.7.3 沉降和沉降平衡 77

3.8 纳米微粒的化学特性 78

3.8.1 吸附 78

3.8.2 纳米微粒的分散与团聚 79

3.8.3 表面活性及敏感特性 80

3.8.4 催化性能 80

思考题 84

4 纳米材料的物理制备方法 85

4.1 概述 85

4.2 纳米粒子的物理制备方法 86

4.2.1 机械粉碎法 86

4.2.2 纳米粒子合成的物理方法——构筑法 91

4.2.3 纳米相固体的物理制备方法 99

思考题 99

5 化学气相法制备纳米材料 100

5.1 纳米粒子的气相反应法 100

5.1.1 化学气相反应法的类型 100

5.1.2 气相合成纳米粒子的生成条件 102

5.1.3 气相化学反应制备纳米粒子的特点 102

5.1.4 纳米微粒形态控制技术 102

5.1.5 气相化学反应物系活化的方式——几种加热技术 102

5.2 化学气相沉积 105

5.2.1 化学气相沉积技术介绍 105

5.2.2 化学气相沉积的反应类型 106

5.2.3 化学气相沉积装置 110

5.2.4 化学气相沉积的特点 112

5.2.5 化学气相沉积的机理 113

5.2.6 化学气相沉积法制备纳米材料 117

5.2.7 碳纳米管（CNTs）的制备 121

思考题 124

6 沉淀法制备纳米材料 125

6.1 沉淀法的定义 125

6.1.1 沉淀的定义及原理 125

6.1.2 沉淀法的定义 125

6.2 沉淀法的分类 126

6.2.1 单组分沉淀法（直接沉淀法） 126

6.2.2 共沉淀法（多组分共沉淀法） 126

6.2.3 均匀沉淀法 128

6.3 沉淀的过程和机理 130

6.3.1 成核 130

6.3.2 晶核生长 131

6.3.3 晶型沉淀和无定形沉淀形成的条件 132

6.3.4 沉淀的陈化（老化） 132

6.4 沉淀法的操作技术要点和影响因素 133

6.5 沉淀法的特点及缺点 134

思考题 134

7 溶剂热法制备纳米材料 135

7.1 水热法的历史回顾 135

7.2 水热法的基本概念 135

7.3 水热合成中主要反应类型 136

7.4 水热法的基本原理 138

7.4.1 临界状态和超临界状态 138

7.4.2 水热条件下水的状态、性质 139

7.4.3 高温高压水的作用 140

7.4.4 各类化合物在水热溶液中的溶解度 140

7.5 水热合成法中材料的形成机理 140

7.6 水热合成的主要仪器设备 142

7.6.1 反应釜 142

7.6.2 反应控制系统 143

7.7 水热法的优缺点 143

7.7.1 水热法的优点 144

7.7.2 水热法的不足 144

7.8 水热合成技术的扩展——溶剂热法 144

7.8.1 溶剂热法分类 145

7.8.2 溶剂热法的特点 147

7.8.3 溶剂热法常用溶剂 147

思考题 148

8 溶胶-凝胶法制备纳米材料 149

8.1 胶体、溶胶的基本概念 149

8.1.1 胶体的基本概念 149

8.1.2 溶胶的概念 150

8.1.3 溶胶的制备 150

8.2 凝胶的基本概念 152

8.2.1 凝胶的基本概念 153

8.2.2 凝胶的通性和特点 153

8.2.3 凝胶的分类 153

8.2.4 凝胶的结构 154

8.2.5 溶胶转化为凝胶 154

8.2.6 凝胶形成的条件 155

8.2.7 凝胶的制备 155

8.3 溶胶-凝胶法的基本原理 157

8.3.1 溶胶-凝胶法的基本原理 157

8.3.2 溶胶-凝胶法的化学原理 157

8.3.3 溶胶-凝胶法制备二氧化硅 159

8.3.4 溶胶-凝胶法的特点 163

思考题 163

9 化学还原法制备纳米材料 164

9.1 化学还原法的定义 164

9.2 影响粒子形貌的关键因素 165

9.2.1 还原剂 165

9.2.2 溶剂 165

9.2.3 保护剂 169

9.3 制备方法的分类 172

9.4 金属纳米粒子的宏量合成 175

9.5 金属纳米粒子的用途——催化性质 175

9.5.1 硅氢加成 175

9.5.2 非电解金属沉积 176

9.5.3 水解反应 176

9.5.4 光化学反应 176

9.5.5 氢甲酰化反应 176

9.5.6 羰基化反应 176

9.5.7 氢化 177

9.6 负载金属纳米粒子的方法 178

9.6.1 载体吸附的纳米颗粒催化剂 178

9.6.2 在载体上嫁接胶体 179

9.6.3 原位制备负载催化剂 179

9.6.4 配位俘获法及改进配位俘获法 180

思考题 181

10 模板法制备纳米材料 182

10.1 模板法的概念 182

10.2 模板的分类 182

10.3 硬模板法 183

10.3.1 以多孔阳极氧化铝膜为模板合成纳米材料 183

10.3.2 以二氧化硅球为模板合成纳米核-壳结构 186

10.4 软模板法 187

10.4.1 表面活性剂的概念 187

10.4.2 表面活性剂的分子结构特点 188

10.4.3 软模板——表面活性剂的有序聚集体 189

10.4.4 软模板合成纳米材料的实例 194

10.4.5 表面活性剂为模板合成介孔纳米材料 196

10.5 硬、软模板法的特点 198

思考题 199

参考文献 200