1 绪论 朱静 1
1.1 纳米科技的提出和发展 1
1.2 纳米材料和器件及其特性 4
1.2.1 纳米材料的种类 4
1.2.2 量子尺寸效应——准连续能带消失，分立能级出现 8
1.2.3 激子 激子玻尔半径 激子效应 9
1.2.4 库仑阻塞效应和单电子器件 12
1.2.5 纳米晶-非晶软磁材料中的磁交换长度 13
1.2.6 自旋相关电子散射——GMR、自旋阀CMR 15
1.2.7 有机分子材料 17
1.2.8 纳米材料的表面效应 17
1.3.1 从材料到器件 19
1.3 纳米材料和器件的制备及加工 19
1.3.2 发光二极管——人工多层膜 20
1.3.3 自生长和自组装——量子点发光晶体 21
1.3.4 透射电子显微镜下加工硅量子器件 22
1.3.5 扫描隧道显微镜——实现单原子操纵 23
1.3.6 光刻技术和电子束、离子束加工技术 23
1.4 纳米材料和器件的测量和表征 23
1.4.1 金纳米线的制备、量子化的电导特性和结构特征 24
1.4.2 “量子海市蜃楼”——表面形貌拓扑图和扫描隧道谱 26
1.4.3 纳米碳管螺旋度和导电性的测定 28
1.4.4 拉曼光谱 30
参考文献 32
2.1 导言 35
2 碳纳米管的可控制生长与物理性质 范守善 戴宏杰 35
2.2 各种碳纳米管结构的合成方法 36
2.2.1 化学气相沉积法 36
2.2.2 自取向多壁碳纳米管的生长 37
2.2.3 多壁碳纳米管的生长机理 38
2.2.4 阳极氧化铝(AAO)模板合成碳纳米管阵列 43
2.2.5 单壁碳纳米管(SWNTs)的CVD合成 47
2.2.6 单壁碳纳米管的生长模式 48
2.2.7 离散单壁碳纳米管的表面定位生长 49
2.2.8 悬挂式单壁碳纳米管的定向生长 50
2.3 连续碳纳米管线及其潜在应用 52
2.3.1 制备连续碳纳米管线 52
2.3.2 利用碳纳米管线构筑光学偏振片 54
2.3.3 碳纳米管线构筑灯丝 55
2.3.4 碳纳米管构筑偏振光源 57
2.4 结束语 59
参考文献 60
3 功能纳米结构的化学控制合成与组装 李亚栋 董亚杰 63
3.1 前言 63
3.1.1 纳米结构的概念 63
3.1.2 纳米结构体系特性与意义 63
3.2 功能纳米结构基元的化学控制合成 65
3.2.1 纳米粒子一般合成方法 66
3.2.2 构造纳米链 70
3.2.3 构造纳米线、纳米纤维或纳米管 71
3.2.4 构造纳米带 74
3.3 功能纳米结构的组装 75
3.3.1 人工组装与自组装概念 76
3.3.2 人工组装 76
3.3.3 纳米结构的自组装体系 77
3.3.4 模板法 82
3.3.5 一维纳米结构的组装 87
3.4 结束语 95
参考文献 96
4.1 引言 100
4.1.1 自组装与分子自组装 100
4 过程仿生——自组装与材料 李恒德 蔡强 崔福斋 100
4.1.2 自组装的工作原理 101
4.1.3 自组装的意义 104
4.2 自组装法制备材料的实例 105
4.2.1 从微接触印刷到毛细管显微造型 106
4.2.2 从ZSM-5到分子印制——超分子类自组装 108
4.2.3 从介孔材料到纳米铸造 112
4.2.4 从胶体晶体到宏观的多面体模块自组装 116
4.2.5 生物矿化及仿生材料的自组装 118
4.3 结语与展望 121
参考文献 122
5 分子电子学 华中一 126
5.1 引言 126
5.2 分子开关与存储器 128
5.3 单分子开关 129
5.4 三种单分子电双稳材料 130
5.5 单分子整流器 133
5.6 单分子闸流管 135
5.7 可组装的分子电子器件 136
5.8 分子电子学：任重而道远 137
参考文献 138
6 低维半导体结构和量子器件 王占国 140
6.1 引言 140
6.2 低维半导体结构的制备和评价技术 141
6.2.1 半导体超晶格、量子阱材料 141
6.2.2 半导体超晶格微结构生长和微细加工工艺相结合的制备技术 148
6.2.3 应变自组装量子点(结构)生长技术 150
6.2.4 低维半导体材料的其他制备技术 152
6.2.5 低维半导体材料的评价技术 153
6.3 低维半导体材料的电子结构 156
6.3.1 电子在不同维度材料中运动的波函数、本征能量和态密度函数 156
6.3.2 其他势阱下电子在量子线(ID)中运动的波函数和本征能量 160
6.3.3 其他势阱下电子在量子点(OD)中运动的波函数和本征能量 161
6.4 固态量子器件研制进展及应用 164
6.4.1 基于超晶格、量子阱材料的量子器件 164
6.4.2 固态纳米电子器件 179
6.4.3 量子点激光材料及激光器 185
6.4.4 分子电子学器件 187
6.4.5 量子比特构造和量子计算机 189
6.5.1 存在问题 190
6.5 低维半导体结构材料制备存在的问题和量子器件发展趋势 190
6.5.2 量子器件发展趋势 191
6.6 小结和致谢 192
参考文献 192
7 纳电子学 薛增泉 195
7.1 引言 195
7.1.1 三代电子器件 195
7.1.2 微电子器件发展的下一代 197
7.1.3 科学发展的新时代 198
7.2 基本效应 200
7.2.1 单电子与相位信息 200
7.2.2 四个基本现象 201
7.3 基础理论 202
7.3.1 Landauer-Butticker电导公式 203
7.3.2 单电荷隧穿 205
7.3.3 单隧道结的隧穿速率 210
7.4 纳电子器件 214
7.4.1 电子共振隧穿器件 215
7.4.2 二维电子气(2DEG) 215
7.4.3 量子点接触 216
7.4.4 量子点场效应晶体管 217
7.4.5 量子线 218
7.4.6 纵向库仑阻塞结构 219
7.4.7 基于隧穿结构造的单电子器件 219
7.5.1 信号载流子与相干特性 223
7.5 纳电子器件集成特性 223
7.5.2 纳电子集成电路与计算 224
参考文献 226
8 低维纳米结构的量子特性及计算设计 朱嘉麟 熊家炯 227
8.1 前言 227
8.2 超晶格概念的提出与实现：人工低维纳米结构研究与应用的开端 229
8.3 半导体量子点特性的理论分析与预测 234
8.3.1 量子点的类型及其制备 234
8.3.2 量子点电子结构及若干物理特性的预测 238
8.3.3 量子点中的激子与光学特性 246
8.3.4 量子点特性研究中发现的一些新现象 250
8.3.5 量子点的应用举例 254
8.3.6 量子点的发展前景 260
8.4 纳米环和纳米管研究中的理论分析 262
8.4.1 纳米环 262
8.4.2 碳纳米管研究的进展 268
参考文献 275
9 生物芯片 程京 邢婉丽 280
9.1 生物芯片概述 280
9.1.1 生物芯片的定义 280
9.1.2 生物芯片的起源 280
9.1.3 生物芯片的分类 281
9.2 样品制备型生物芯片 281
9.2.1 样品制备型生物芯片的特点和重要性 282
9.2.2 样品制备型生物芯片的制作方法 282
9.2.3 样品制备型生物芯片的分类 283
9.2.4 技术难点和展望 295
9.3 微反应芯片 296
9.3.1 微反应芯片的特点和优势 296
9.3.2 微反应芯片的研究进展 297
9.3.3 微反应芯片的应用 300
9.3.4 微反应芯片研究的技术难点及展望 307
9.4 检测型生物芯片 307
9.4.1 微阵列芯片 308
9.4.2 微流体芯片 323
9.5 微缩芯片实验室 336
参考文献 340
10.1.1 微系统 348
10.1 引言 348
10 微系统和纳系统 周兆英 袁松梅 冯焱颖 348
10.1.2 纳系统 350
10.2 微系统技术 352
10.2.1 微系统的概念和应用 352
10.2.2 传统的尺寸效应 354
10.2.3 微制造技术 356
10.2.4 微器件举例 362
10.2.5 信息微系统和生物微系统 371
10.2.6 基于隧道效应的微器件 376
10.3 纳系统技术 378
10.3.1 概述 378
10.3.2 纳机械 380
10.3.3 纳电子器件和系统 385
10.3.4 纳流体器件和系统 387
10.3.5 生物纳系统 388
10.4 结束语 390
10.4.1 制造技术是微、纳系统发展的基础 390
10.4.2 应用和产业化问题 391
10.4.3 简单的比较 392
参考文献 393
11 纳米结构的特性检测 叶恒强 朱静 薛其坤 397
11.1 引言 397
11.1.1 纳米结构的表征和测量与其制备加工发展同步 397
11.1.2 纳米尺度表征与测量的难度 398
11.1.3 技术概述 399
11.2.1 电子显微分析的基本功能 401
11.2 电子显微分析 401
11.2.2 原子像中的元素分辨 418
11.2.3 用高分辨电子能量损失谱分析电子结构 421
11.2.4 电子束制备纳米结构及原位分析 423
11.2.5 低压扫描电子显微术 428
11.3 扫描探针分析 429
11.3.1 原理简介 430
11.3.2 应用实例 432
11.3.3 原子操纵与原位表征 437
11.3.4 薄膜和低维纳米结构生长 441
11.3.5 其他扫描探针显微术 443
参考文献 445