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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 9

1.3.4 小尺寸效应 10

1.3.5 表面效应 12

1.3.6 介电限域效应 12

参考文献 13

第2章 纳米材料的检测与分析 14

2.1 纳米材料粒径检测分析 15

2.2 纳米材料电学性质检测与分析 16

2.3 纳米材料磁学性质检测与分析 17

2.4 纳米材料力学性质检测与分析 18

2.5 纳米材料热学性质检测与分析 19

2.6 纳米材料光学性质检测与分析 21

2.7 扫描式探针显微术 22

2.7.1 STM的工作原理 23

2.7.2 STM的工作模式 23

2.7.3 STM的应用——原子操纵术 24

2.7.4 STM的优点 25

2.8 原子力显微镜 26

2.8.1 AFM的工作原理 26

2.8.2 AFM扫描模式比较 27

2.8.3 AFM应用举例 28

参考文献 28

第3章 碳纳米管 30

3.1 碳的同素异形体及结构 30

3.1.1 碳的同素异形体 30

3.1.2 碳的同素异形体的结构 30

3.1.3 单层石墨材料 32

3.2 碳纳米管的种类和性质 32

3.2.1 碳纳米管的种类 32

3.2.2 碳纳米管的特性 32

3.2.3 碳纳米管的电子结构 35

3.3 碳纳米管的制备 35

3.4 碳纳米管的应用 37

3.4.1 碳纳米管与微电子学 37

3.4.2 碳纳米管的其他应用 48

参考文献 50

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 半导体量子点在纳米电子和光电子中的应用 60

4.3.1 砷化铟量子点激光器 60

4.3.2 量子点之光学特性 62

4.4 单光子光源 65

4.4.1 量子光学与HB-T干涉实验 66

4.4.2 单量子点光谱与单光子辐射 68

参考文献 70

第5章 纳米磁性材料 71

5.1 纳米磁性材料的类型 71

5.1.1 人工纳米磁性材料和天然纳米磁性材料 71

5.1.2 磁性纳米材料的分类 72

5.2 纳米磁性材料的基本特征 75

5.2.1 磁畴 75

5.2.2 超顺磁性 76

5.2.3 交换作用 77

5.2.4 矫顽力Hc 78

5.2.5 居里温度 78

5.2.6 磁化率 79

5.3 一些具体的纳米磁性材料 79

5.3.1 磁性液体 79

5.3.2 磁性微球 82

5.3.3 一维纳米丝 82

5.3.4 二维纳米薄膜 84

5.3.5 磁性纳米复合物 85

5.3.6 纳米双相复合硬磁 85

5.3.7 高频微波纳米磁性材料 86

5.4 纳米磁性材料的制备方法 88

5.4.1 制备方法分类 88

5.4.2 制备方法的具体实例 89

5.5 巨磁电阻材料 94

5.5.1 巨磁电阻效应和应用 94

5.5.2 磁电阻的分类及比较 96

5.5.3 巨磁电阻效应的物理机制 98

5.5.4 GMR生物传感器 100

参考文献 104

第6章 纳米氧化钛光催化材料 105

6.1 纳米氧化钛光催化原理 105

6.1.1 光催化技术的发展概况 105

6.1.2 半导体（TiO2）光催化原理 106

6.2 纳米氧化钛材料的制备 108

6.3 纳米氧化钛光催化材料的应用 110

参考文献 113

第7章 氧化锌的光电和压电应用 114

7.1 氧化锌的光电应用 114

7.1.1 氧化锌的光电特性 114

7.1.2 ZnO的外延生长 116

7.1.3 ZnO量子点的光学特性 117

7.1.4 有序排列ZnO纳米线阵列的控制合成 117

7.2 氧化锌的压电应用 120

7.2.1 压电效应 120

7.2.2 氧化锌的压电应用——纳米发电机 121

参考文献 127

第8章 纳米超导材料 128

8.1 超导电性 128

8.2 超导电性的物理原理 129

8.3 超导体的分类 130

8.3.1 低温超导体 130

8.3.2 高温超导体 130

8.3.3 其他新型超导体 131

8.4 纳米超导体 131

8.4.1 纳米超导体的研究进展 131

8.4.2 纳米超导研究的难点 134

8.5 纳米超导体的应用 136

8.5.1 量子计算机 136

8.5.2 纳米超导体量子比特 137

参考文献 147

第9章 纳米生物材料 148

9.1 纳米生物材料 149

9.1.1 概述 149

9.1.2 药物和基因纳米载体材料 149

9.1.3 纳米生物陶瓷材料 151

9.1.4 磁性纳米粒子 152

9.1.5 纳米生物复合材料 152

9.2 纳米生物医药材料 153

9.2.1 纳米无机生物材料 153

9.2.2 纳米有机生物材料 154

9.2.3 药物的纳米化技术 155

9.2.4 生物芯片 155

9.2.5 纳米生物医药材料的发展方向 156

9.3 磁性微粒子在医学上的应用 157

9.4 纳米粒子在生物分析中的应用 159

9.4.1 金属纳米粒子在生物分析中的应用 159

9.4.2 荧光纳米球乳液在生物分析中的应用 160

9.4.3 发光量子点在生物分析中的应用 161

9.5 量子点在生物及医学分析中的应用 162

9.5.1 量子点在生物及医学分析中的应用 162

9.5.2 量子点用于活体方面的研究 165

9.6 纳米磁性材料在热疗中的研究进展 166

9.6.1 热疗的背景 166

9.6.2 磁热疗 167

9.6.3 热疗用磁性材料 168

9.6.4 磁热疗用磁性材料的产热机理 168

参考文献 170

第10章 纳米能源材料 171

10.1 纳米储能材料 172

10.1.1 氢能源特点和发展目标 173

10.1.2 不同储氢方式的比较 173

10.1.3 储氢材料技术现状 174

10.2 燃料电池 177

10.2.1 燃料电池的基本概念 177

10.2.2 各种燃料电池的比较 178

10.2.3 质子交换膜 180

10.2.4 纳米燃料电池 182

10.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池 182

10.3.1 太阳能电池的现状 182

10.3.2 太阳能电池的种类 183

10.3.3 染料敏化纳米晶体太阳能电池 186

参考文献 193

第11章 纳米复合材料 195

11.1 复合材料的概念和历史 195

11.2 纳米材料的表面改性及其应用 196

11.2.1 纳米表面工程 196

11.2.2 纳米粒子表面改性的机理 197

11.2.3 纳米粒子的表面改性剂 198

11.2.4 纳米粒子改性的方法 199

11.2.5 改性纳米粒子的应用 200

11.3 核壳结构复合纳米材料 201

11.3.1 核壳型复合结构的特点 201

11.3.2 复合方法 201

11.3.3 核壳结构形成机理 203

11.3.4 材料性质的改变 204

11.3.5 核壳型复合纳米材料的应用前景 205

参考文献 206

第12章 DNA纳米技术 208

12.1 DNA的基本特性 208

12.1.1 DNA的特殊结构 208

12.1.2 DNA的导电性 208

12.1.3 一个最简单的DNA传导等效模型 211

12.1.4 DNA分子器件的优势 212

12.2 DNA纳米技术 213

12.2.1 DNA用于纳米粒子的组装 213

12.2.2 DNA模板自组装的驱动力 214

12.2.3 DNA作为模板制备分子导线 215

12.3 DNA分子马达 217

12.3.1 Drexler猜想 217

12.3.2 DNA分子马达的发展 218

12.3.3 DNA分子马达的基本原理 219

12.3.4 DNA分子马达的应用 220

参考文献 222