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第1章 纳米材料及其基本特性 1

1.1 纳米简史 1

1.2 纳米材料的特性 3

1.2.1 纳米材料的完美定律 3

1.2.2 纳米效应 3

1.2.3 天然纳米效应 6

1.3 纳米效应的物理原理 7

1.3.1 电子能级的不连续性 8

1.3.2 久保理论 8

1.3.3 量子尺寸效应 10

1.3.4 小尺寸效应 11

1.3.5 表面效应 12

1.3.6 介电限域效应 13

参考文献 14

第2章 纳米材料的检测与分析 15

2.1 纳米材料粒径检测分析 16

2.2 纳米材料电学性质检测与分析 17

2.3 纳米材料磁学性质检测与分析 18

2.4 纳米材料力学性质检测与分析 19

2.5 纳米材料热学性质检测与分析 20

2.6 纳米材料光学性质检测与分析 22

2.7 扫描式探针显微技术 24

2.7.1 STM的工作原理 24

2.7.2 STM的工作模式 25

2.7.3 STM的应用——原子操纵术 26

2.7.4 STM的优点 27

2.8 原子力显微镜 27

2.8.1 AFM的工作原理 28

2.8.2 AFM扫描模式比较 28

2.8.3 AFM应用举例 29

参考文献 30

第3章 碳纳米管 31

3.1 碳的同素异形体及结构 31

3.1.1 碳的同素异形体 31

3.1.2 碳的同素异形体的结构 31

3.1.3 石墨烯 33

3.2 碳纳米管的种类和性质 33

3.2.1 碳纳米管的种类 33

3.2.2 碳纳米管的特性 33

3.2.3 碳纳米管的电子结构 36

3.3 碳纳米管的制备 36

3.4 碳纳米管的应用 38

3.4.1 碳纳米管与微电子学 38

3.4.2 碳纳米管的其他应用 49

参考文献 51

第4章 半导体量子点 52

4.1 半导体量子点的物理基础 52

4.1.1 量子限域效应 52

4.1.2 激子和发光 54

4.1.3 激子结合能计算 56

4.2 半导体量子点制备技术 58

4.3 量子点激光器 60

4.4 单光子光源 62

参考文献 65

第5章 纳米磁性材料 66

5.1 纳米磁性材料的类型 66

5.1.1 人工纳米磁性材料和天然纳米磁性材料 66

5.1.2 磁性纳米材料的分类 67

5.2 纳米磁性材料的基本特征 70

5.2.1 磁畴 70

5.2.2 超顺磁性 71

5.2.3 交换作用 72

5.2.4 矫顽力Hc 73

5.2.5 居里温度 74

5.2.6 磁化率 75

5.3 一些具体的纳米磁性材料 75

5.3.1 磁性液体 75

5.3.2 磁性微球 77

5.3.3 一维纳米线 77

5.3.4 二维纳米薄膜 79

5.3.5 磁性纳米复合物 79

5.3.6 纳米双相复合硬磁 80

5.3.7 高频微波纳米磁性材料 80

5.4 纳米磁性材料的制备方法 83

5.4.1 制备方法分类 83

5.4.2 制备方法的具体实例 83

5.5 巨磁电阻材料 89

5.5.1 巨磁电阻效应和应用 89

5.5.2 磁电阻的分类及比较 91

5.5.3 巨磁电阻效应的物理机制 93

5.5.4 GMR生物传感器 95

参考文献 99

第6章 纳米氧化钛光催化材料 100

6.1 纳米氧化钛光催化原理 100

6.1.1 光催化技术的发展概况 100

6.1.2 半导体（TiO2）光催化原理 101

6.2 纳米氧化钛材料的制备 103

6.3 纳米氧化钛光催化材料的应用 105

参考文献 108

第7章 纳米绿色光源材料 109

7.1 绿色光源之材料基础 109

7.2 半导体发光材料 109

7.3 Ⅱ-Ⅵ族半导体发光材料 113

7.3.1 Ⅱ-Ⅵ族材料特点 113

7.3.2 ZnSe基材料 115

7.3.3 氧化锌 116

7.4 GaN基半导体材料 117

参考文献 119

第8章 自旋电子学 120

8.1 自旋电子学的发展 120

8.1.1 磁电子学 120

8.1.2 磁电子学应用 121

8.1.3 半导体自旋电子学 122

8.2 自旋阀和交换耦合作用 123

8.2.1 自旋阀 123

8.2.2 交换耦合作用 123

8.2.3 交换耦合作用原理 123

8.2.4 交换耦合作用的应用：交换耦合复合介质 124

8.3 磁阻式随机存取存储器 126

8.3.1 MRAM的基本结构 126

8.3.2 MRAM与现行各类存储器的比较 127

8.3.3 MRAM研究进展 128

参考文献 131

第9章 纳米生物材料 133

9.1 纳米生物材料 134

9.1.1 概述 134

9.1.2 药物和基因纳米载体材料 134

9.1.3 纳米生物陶瓷材料 136

9.1.4 磁性纳米粒子 137

9.1.5 纳米生物复合材料 137

9.2 纳米生物医药材料 138

9.2.1 纳米无机生物材料 138

9.2.2 纳米有机生物材料 139

9.2.3 药物的纳米化技术 140

9.2.4 生物芯片 140

9.2.5 纳米生物医药材料的发展方向 141

9.3 磁性微粒子在医学上的应用 142

9.4 纳米粒子在生物分析中的应用 144

9.4.1 金属纳米粒子在生物分析中的应用 144

9.4.2 荧光纳米球乳液在生物分析中的应用 145

9.4.3 发光量子点在生物分析中的应用 146

9.5 量子点在生物及医学分析中的应用 146

9.5.1 量子点在生物及医学分析中的应用 147

9.5.2 量子点用于活体方面的研究 150

9.6 纳米磁性材料在热疗中的研究进展 151

9.6.1 热疗的背景 151

9.6.2 磁热疗 152

9.6.3 热疗用磁性材料 153

9.6.4 磁热疗用磁性材料的产热机理 153

参考文献 155

第10章 纳米能源材料 156

10.1 纳米储能材料 157

10.1.1 氢能源特点和发展目标 158

10.1.2 不同储氢方式的比较 158

10.1.3 储氢材料技术现状 159

10.2 燃料电池 162

10.2.1 燃料电池的基本概念 162

10.2.2 各种燃料电池的比较 163

10.2.3 质子交换膜 165

10.2.4 纳米燃料电池 167

10.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池 167

10.3.1 太阳能电池的现状 167

10.3.2 太阳能电池的种类 168

10.3.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池 172

参考文献 178

第11章 纳米复合材料 180

11.1 复合材料的概念和历史 180

11.2 纳米材料的表面改性及其应用 181

11.2.1 纳米表面工程 181

11.2.2 纳米粒子的表面改性及应用 182

11.2.3 纳米粒子表面改性的机理 183

11.2.4 纳米粒子改性的方法 184

11.3 核壳结构复合纳米材料 185

11.3.1 制备方法 185

11.3.2 核壳结构形成机理 187

11.3.3 材料性质的改变 188

11.3.4 核壳型复合纳米材料的应用前景 190

参考文献 190

第12章 DNA纳米技术 191

12.1 DNA的基本特性 191

12.1.1 DNA的特殊结构 191

12.1.2 DNA的导电性 191

12.1.3 一个最简单的DNA传导等效模型 194

12.1.4 DNA分子器件的优势 195

12.2 DNA纳米技术 196

12.2.1 DNA用于纳米粒子的组装 196

12.2.2 DNA模板自组装的驱动力 197

12.2.3 DNA作为模板制备分子导线 198

12.3 分子马达 200

12.3.1 Drexler猜想 200

12.3.2 分子马达 201

12.3.3 分子马达的基本原理 202

12.3.4 分子马达的应用 203

参考文献 205