基本原理卷 5
第1章 纳米粒子的基本性质和测量方法 5
1.1 纳米粒子的尺寸效应和性质 5
1.1.1 纳米粒子的定义 5
1.1.2 纳米粒子的特征 5
1.1.3 纳米粒子尺寸的评价 5
1.1.4 纳米粒子的性质和尺寸效应 6
1.1.5 粒子的存在条件及其性质 10
1.2 粒子尺寸 10
1.2.1 纳米尺寸的定义 10
1.2.2 测量方法 11
1.2.3 测量的关键——用于校准的参考粒子 11
1.3 粒子形状 12
1.3.1 二维粒子投影图像 12
1.3.2 三维粒子图像 12
1.3.3 采用粒子直径比的粒子形状指标 12
1.3.4 基于分形维数的粒子形状表征 13
1.3.5 基于傅里叶分析的粒子形状分析 14
1.3.6 纳米粒子的粒子形状分析 14
1.4 粒子密度 14
1.4.1 由纳米粒子构成的粉末的密度测量 14
1.4.2 单个粒子的密度测量 15
1.5 熔点、表面张力、润湿性 18
1.5.1 熔点 18
1.5.2 表面张力 18
1.5.3 润湿性 19
1.6 比表面积和孔 20
1.7 复合结构 23
1.7.1 纳米粒子的复合结构 23
1.7.2 基于电子显微镜的复合结构评价方法 24
1.7.3 多种纳米复合粒子的微观结构评价 25
1.8 晶体结构 28
1.8.1 氧化锆晶相的粒子尺寸依赖性 28
1.8.2 铁电物质的晶相及尺寸效应 30
1.9 表面特征 32
1.10 机械性能 36
1.11 电学性能 38
1.11.1 简介 38
1.11.2 介电性能的全新表征方法 39
1.11.3 LST关系 39
1.11.4 纳米粒子介电常数的测量 40
1.12 磁学性能 42
1.12.1 磁性的分类 42
1.12.2 金属材料的磁性 43
1.12.3 氧化物材料的磁性 43
1.12.4 纳米尺度材料的磁学特征 44
1.13 纳米粒子的光学性能 45
1.13.1 纳米粒子的能带结构 45
1.13.2 纳米粒子光学性质的测量方法 47
第2章 纳米粒子的结构控制 51
2.1 纳米粒子的结构构建和功能匹配 51
2.1.1 纳米粒子的结构 51
2.1.2 空心粒子 52
2.1.3 核壳结构粒子 52
2.1.4 简单的无机纳米粒子 54
2.1.5 简单的有机纳米粒子 54
2.1.6 小结 55
2.2 粒子的尺寸 56
2.2.1 气相法 56
2.2.2 液相法 58
2.2.3 超临界水热法 61
2.2.4 固相法 65
2.2.5 研磨法 69
2.3 粒子的形态 71
2.3.1 气相加工 71
2.3.2 液相法 76
2.4 复合结构 79
2.4.1 气相法 79
2.4.2 溶液方法 84
2.4.3 超临界法 87
2.4.4 机械加工 91
2.5 孔结构 94
2.5.1 气相法 94
2.5.2 液相合成 100
2.6 用于DDS的纳米粒子设计 105
2.6.1 基于纳米粒子的药物传输 105
2.6.2 纳米级药物载体的设计 106
2.6.3 用于DDS的纳米粒子表面和应用设计 108
2.6.4 制药学的纳米技术 109
2.7 纳米管（碳纳米管CNT） 109
2.7.1 弧放电法制备的MWNT（多壁碳纳米管） 110
2.7.2 弧放电法制备的SWNT（单壁碳纳米管） 110
第3章 纳米粒子及其分散系统的特征和行为 110
3.1 纳米粒子分散和团聚行为介绍 115
3.1.1 纳米粒子间表面相互作用 115
3.1.2 基于DLVO（质凝聚）理论的纳米粒子分散控制的难点 115
3.1.3 纳米粒子分散中的难点，基于粒子直径和固相率对粒子表面距离的影响进行的讨论 116
3.1.4 纳米粒子的表面分子级结构［3］ 117
3.1.5 控制纳米粒子分散行为的基本方法 118
3.2 单个纳米粒子在液体中的运动 119
3.2.1 单粒子运动 119
3.2.2 电泳现象 121
3.3 布朗扩散 126
3.4 纳米粒子表面的吸附性和润湿性 127
3.5 粒子间的相互作用 129
3.5.1 气体重的粒子相互作用及黏着控制 129
3.5.2 液体中粒子间相互作用的控制 139
3.5.3 粒子间相互作用的表征技术 146
3.6 团聚和分散、特征和控制 157
3.6.1 气相中的团聚和分散 157
3.6.2 液相 159
3.6.3 有机溶剂和聚合树脂中的分散 163
3.7 泥浆的流变学 165
3.7.1 悬浮液流变学的基本原理 165
3.7.2 纳米粒子分散悬浮液的流变学性质 168
3.8 胶体分散系统的模拟仿真 169
3.8.1 模拟方法的空间-时间图谱 170
3.8.2 纳观／介观尺度的模拟方法 172
3.8.3 包含流体动力学相互作用的最新仿真方法 174
3.8.4 结束语 175
第4章 材料纳米结构的控制 179
4.1 纳米粒子组装及其功能化 179
4.2 纳米粒子排列结构 179
4.2.1 光子分形 179
4.2.2 基于纳米生物技术的纳米粒子成型：肽 182
4.2.3 基于液态加工方法：电泳制备的陶瓷薄膜 187
4.3 纳米孔结构 190
4.3.1 多微孔材料：沸石 190
4.3.2 基于干法工艺制备的纳米孔材料 194
4.3.3 有序多孔结构 196
4.3.4 纳米孔材料（二氧化钛纳米管） 199
4.4 纳米复合材料结构 203
4.4.1 催化剂微结构 203
4.4.2 渗透结构 206
4.4.3 基体填充物取向的结构 210
4.4.4 原位粒子的聚合 213
4.4.5 ECAP 216
4.4.6 合金的纳米结构控制 220
4.5 烧结和黏合而成的纳米粒子集团的结构控制 222
4.5.1 纳米粒子的烧结 222
4.5.2 低温共烧制陶技术（LTCC） 226
4.5.3 结合界面的纳米结构控制 230
4.5.4 搅拌摩擦焊法（FSW）链接 233
4.5.5 研究晶体层纳米结构及其应用的汽胶沉积法 236
4.5.6 纳米粒子烧结过程中粒子生长的控制 242
4.5.7 通过胶体成型技术制作纳米陶瓷 246
4.6 自组装 250
4.6.1 纳米粒子自组织 250
4.6.2 粒子组装和制造 256
4.6.3 有机／无机介孔材料的制造 262
第5章 纳米结构材料的表征方法 269
5.1 纳米结构和功能（局部纳米结构的表征） 269
5.2 晶体结构 270
5.2.1 X射线衍射法 270
5.2.2 小角度X射线散射 272
5.2.3 中子衍射 274
5.2.4 雷曼散射 277
5.3 表面结构 279
5.3.1 原子力显微镜AFM 279
5.3.2 扫描隧道显微镜STM 284
5.3.3 傅里叶变换红外光谱FT-IR 287
5.3.4 光电子能谱XPS 290
5.3.5 润湿性 294
5.4 纳米孔的表征 297
5.4.1 氮气吸附等温线的种类及其孔特征表征 298
5.4.2 微孔填充现象和颗粒粒径分布（PSD）分析 298
5.4.3 毛细凝聚现象和颗粒粒径分布（PSD）分析 299
5.4.4 其他方法 302
5.5 晶粒边界和表面 303
5.5.1 透射电子显微镜（TEM）的重要性 303
5.5.2 分析型透射电子显微镜（TEM）（AEM） 306
5.5.3 电子断层成像技术（3D-ET） 310
5.6 氧化物异质结构的评价方法 312
第6章 纳米结构体性质的评价方法 319
6.1 纳米结构的功能及其特征评价 319
6.1.1 什么是纳米结构 319
6.1.2 示例：纳米结构功能是如何形成的 320
6.1.3 功能和特征评价 322
6.2 机械性质 324
6.2.1 强度、断裂韧性和疲劳性能 324
6.2.2 弹性系数：硬度 326
6.2.3 蠕变／超塑性 329
6.2.4 摩擦学特性 332
6.2.5 纳米压痕 335
6.3 热物理学性质 336
6.3.1 热量传递和存储方面的热物理学性质 336
6.3.2 基于正面加热／正面检测的皮秒热反射法 338
6.3.3 基于背面加热／正面检测的皮秒热反射法 339
6.3.4 纳秒热反射法 341
6.3.5 薄膜热物理性能参考物质及其可追溯性 341
6.3.6 小结 342
6.4 电学性质 344
6.4.1 介电性质 344
6.4.2 导电性质 349
6.4.3 热电性质 354
6.5 电化学性质 358
6.5.1 电极反应 358
6.5.2 传感器的特点 362
6.5.3 电化学反应 366
6.6 磁学性质 370
6.6.1 超顺磁 370
6.6.2 针对具体材料的讨论 370
6.7 光学性质 372
6.7.1 纳米粒子的透明度 372
6.7.2 光子晶体 375
6.8 催化性质 377
6.9 气体渗透和分离膜特性 380
第7章 纳米粒子的环境和安全问题 387
7.1 简介 387
7.2 纳米粒子与环境 387
7.2.1 大气环境中的纳米粒子 387
7.2.2 地下水环境与纳米粒子 389
7.2.3 废气中的纳米粒子 390
7.2.4 废水中的纳米粒子 392
7.2.5 室内环境与纳米粒子 393
7.2.6 工业加工与纳米粒子 396
7.3 纳米粒子的安全性 400
7.3.1 纳米粒子带来的问题 400
7.3.2 纳米粒子对健康的影响 401
7.3.3 纳米粒子的安全评价 406
7.4 纳米粒子的去除 410
7.4.1 纳米粒子的去除原理 410
7.4.2 去除悬浮在气体中的纳米粒子 410
7.4.3 去除液体中的纳米粒子 413
应用卷 423
1 基于烷氧基硅烷的微细二氧化硅粒子的分散及其工业化 423
1．溶胶 423
2．分子设计 423
3．不熔塑料：环氧树脂混合物 425
4．硬树脂：酚醛树脂系统混合物 426
5．软硅混合物：聚氨酯系统混合物 426
6．替代酰亚胺的廉价工程塑料：酰胺混合系统 426
7．酰亚胺在非电解镀层中的应用：酰亚胺混合物 427
2 活性等离子电弧蒸发法制造金属纳米粒子 428
1．活性等粒子电弧蒸发法概述 428
2．采用活性等粒子电弧蒸发法制备的纳米粒子 429
3．纳米粒子的产生率、特征和形状 429
4．纳米粒子的应用 430
3 基于金属纳米粒子的局部表面等离子共振效应的传感现象 432
1．局域表面等离子体 432
2．基于等离子体的双传感方法 432
4 基于金属粒子黏结剂的微电子封装 434
1．导电胶技术和金属纳米粒子黏结剂 434
2．低温烧制和微小电子电路板的形成 435
3．采用喷墨打印技术直接加工电子电路板 437
4．连接材料的应用 438
5 基于金属纳米粒子的染料敏化太阳能电池 438
1．什么是染料敏化太阳能电池 438
2．石英基底上真空蒸馏制备的纳米银粒子对钌染料吸收系数的提高 439
3．多孔TiO2内银纳米粒子-钌染料吸收系数的提高 440
6 口服肽药物的纳米粒子设计 442
1．微粒设计和功效 443
2．实例研究 445
7 通过晶状体细微粒子黏结技术制备的厚电子陶瓷薄膜及其应用 450
1．气浮沉积法（ADM） 450
2．利用AD法制备的厚电子陶瓷薄膜 450
3．AD陶瓷薄膜的应用 451
8 高性能分离薄膜的开发和多功能化 453
1．气相分离 453
2．液相分离 456
9 基于高分子材料中粒子分散的聚合物-黏土纳米复合材料的发展 458
1．尼龙6-黏土混合物 458
2．聚丙烯-黏土混合物及其性质 459
3．三元乙丙橡胶（EPDM）-黏土混合物及其性质 459
4．黏土聚合物的形态控制 459
10 新型铁电材料的开发 460
1．铋层结构铁电材料（BLSFs）的晶体结构 460
2．晶体生长和实验步骤 461
3．BiT-BBTi晶体的层状结构、介质性质和漏电性质 462
4．BiT-BBTi晶体的最大极化 462
11 新磷光体的发展 464
1．纳米磷光体的发展历史 464
2．稀土元素纳米磷光体的特性 465
3．新纳米磷光体的发展趋势 465
12 沸石膜 467
1．特征 467
2．合成 467
3．沸石膜的分离特性 469
13 绝缘材料的性能加强 470
1．耐电压特性 470
2．耐压痕和耐腐蚀特性 472
3．热特性 473
14 在亚临界和超临界水条件下钛酸钡纳米粒子的合成 473
1．基于超临界水热合成法的四角形BaTiO3纳米粒子制备实验 474
2．四角形BaTiO3纳米粒子的选择性制备 474
15 捕获柴油颗粒的陶瓷过滤器 477
1．PM的制备 477
2．PM的捕获 478
3．压力损失 479
4．多孔碳化硅的特征 480
5．柴油颗粒过滤器（DPF）的功能和特征 480
6．捕获柴油颗粒过滤器的未来发展 481
16 DNA的纳米粒子构造（球状体转化） 481
1．DNA纳米粒子承受机械应力的限度 482
2．DNA纳米粒子的精密操纵 483
17 利用DNA分子的纳米粒子定位 485
1．DNA分子拉伸 486
2．纳米粒子的定位 487
18 高性能电化学反应器的开发 489
1．环境净化中的电化学反应器 489
2．利用电化学反应器分解废气中的NOx 489
3．用于同时净化NOx／PM的电化学反应器的开发 492
19 树状聚合物及其在有机电子产品中的应用 494
1．树状聚合物的合成与结构 494
2．树状聚合物的金属组装特性 496
3．电子设备中的应用 496
20 分散有导电碳纳米管（CNT）的Si3N4陶瓷 498
21 生物可降解纳米球技术在功能性护肤品中的开发 501
1．美白除皱的纳米化妆品 501
2．PLGA纳米球的皮肤科渗透性评价及其功效 501
3．PLGA纳米球功能化妆品 504
22 基于纳米组装的光电晶体的开发 506
1．纳米组装技术 506
2．通过纳米组装技术制造光电晶体 507
23 液晶无机纳米和细微粒子 509
1．有机液晶和感胶液晶无机细微粒子 509
2．有机-无机混合液晶的开发 510
3．未来发展 514
24 组装有纳米粒子的紧密堆积胶态晶体及其在具有可调结构色的智能材料中的应用 515
1．紧密堆积的胶态晶体薄膜 516
2．胶态晶体的结构色及其调整机制 517
3．基于液体膨胀的可调结构色 518
4．利用机械应力实现的可调结构色 519
5．总结和展望 519
25 新型纳米粒子化妆品的开发 521
1．纳米粒子的使用 521
2．用作复合粒子 524
3．未来发展 526
26 乙醇中Al2O3纳米粒子的分散控制 527
1．PEI分子量对纳米粒子悬浮液黏度的影响 527
2．PEI分子尺寸和悬浮液黏度的关系 528
3．使用纳米胶体探针AFM研究Al2O3纳米粒子间的表面相互作用 528
4．Al2O3纳米粒子悬浮液中高分子分散剂的机械运动 529
27 温敏性磁性纳米粒子的发展及其在生物技术中的应用 531
1．磁性纳米材料 531
2．什么是温敏聚合物 531
3．温敏磁性纳米粒子 532
4．温敏磁性纳米粒子在生物技术领域的应用 533
5．未来展望 537
28 燃料电池的开发 538
1．燃料电池的挑战 539
2．基于纳米粒子技术的高性能固体燃料电池的开发 540
29 向大脑的传输 543
1．通过表面修正改善纳米粒子在大脑中的分布 543
2．给药途径对大脑分布的影响 544
3．纳米粒子在大脑内靶向传输的前景展望 546
30 无嘴喷墨技术 546
1．无嘴喷墨技术的原理及其系统 547
2．利用无嘴喷墨技术制造悬浮液 549
31 尾气催化剂的开发 550
1．所需的金属催化剂 550
2．催化剂的储氧性能 551
3．催化剂储氧性能的改善 551
4．催化剂热阻的改善 553
32 基于纳米粒子半导体的光学存储器的开发 555
1．纳米粒子半导体的荧光性特征 555
2．纳米粒子半导体薄膜的光学存储器效应 556
3．CdSe薄膜的制备和评价方法 556
4．荧光性对激发光强的依靠性 556
5．未来展望 557
33 基于含有纳米粒子半导体的玻璃的明亮荧光粉的开发 558
1．通过水溶方法实现高荧光纳米粒子半导体的合成 559
2．通过溶胶凝胶法制备含有纳米粒子半导体的玻璃荧光粉 559
34 嵌入多孔铝硅酸盐表面的光催化剂的开发 562
1．TiO2-铝硅酸盐复合体的结构 562
2．TiO2-铝硅酸盐复合体的光催化作用 562
3．TiO2-铝硅酸盐复合纸的耐光性 564
35 通过表面改性降低交流架空电缆的可听噪音 566
1．交流架空电缆的可听噪音 566
2．电力线的润湿性 566
3．测试电缆的制备 567
4．钛氧化物热合膜的特征 568
5．可听噪音的测量 568
36 基于表面结构控制的高性能蓄电池组的开发 570
1．镍氢电池的阳极 571
2．镍氢电池的阴极 572
3．锂离子电池的阴极 572
4．锂离子电池的阳极 573
37 精细药物和基因递送 575
1．生物纳米胶囊（BNC） 575
2．生物纳米胶囊的潜在应用 576
3．任务 577
4．总结 578
38 利用飞秒激光加工的纳米结构的光学功能 578
1．玻璃内稀土离子的空间选择性价态操控 578
2．基于飞秒激光的透明材料内部金纳米粒子的沉积控制 579
3．纳米光栅的制造 581
39 基于瞬间纳米发泡法的闭合孔隙二氧化硅粒子的制备 583
40 聚合物中分散碳纳米管的评价和应用 588
1．碳纳米管 588
2．碳纳米管团的断裂模型 588
3．基于挤压机的碳纳米管分散 588
4．复合材料的分散及其评价 590
5．Ar分布团和复合材料的关系 590
6．过滤 591
7．碳纳米管复合树脂材料的开发 592
41 利用有机功能团对无机纳米粒子进行表面改性 593
1．贵金属纳米粒子的表面改性 593
2．金属氧化物纳米粒子的有机改性 593
3．无机纳米粒子和生物分子的混合体 595
42 有机纳米粒子制造技术及其光学性质和物质化 596
1．用于纳米晶化的有机化合物 596
2．有机纳米晶体的制造技术 596
3．有机纳米晶体光学性能的粒径依存性 599
4．基于外场的有机纳米晶体定向控制 600
43 通过量子点实现生物成像 601
1．量子点的发展 601
2．生物成像的发展 602
3．生物成像和量子点 602
4．抗体的量子点标注 603
5．量子点标记细胞的活体显微技术：器官内的定位 603
6．体外定位的观察 605
44 生物医学工程中量子点的应用 606
1．实验室试验中的应用 606
2．基于图像分析的诊断 607
45 工业应用中纳米粒子的合成、分散和功能化 608
1．简介 608
2．纳米粒子合成技术现状 608
3．纳米材料开发的新策略 608
4．结论 612
46 基于射频感应热等离子法的纳米粒子合成 612
1．基于射频感应热等离子法的纳米粒子合成方法的优势 612
2．合成纳米粒子的实验装置和设备 613
3．基于射频感应热等离子法的纳米粒子制备 613
4．结论 617
47 氧化物纳米片的自组装：精准的结构控制及其应用 618
1．简介 618
2．功能化纳米片的合成 618
3．氧化物纳米片的层层自组装 619
4．在纳米电子学中的应用 619
48 碳黏合陶瓷的开发 620
1．碳黏合陶瓷的制备 620
2．碳黏合陶瓷的微结构和性能 621
3．碳黏合陶瓷 623
4．潜在应用 623
49 纳米粒子分散和合成工艺的开发及其在消防服中的应用 624
1．简介 624
2．通过气相反应方法制备纳米复合粒子 624
3．基于干式机械法的纳米粒子的分散和合成 626
4．基于湿式方法的纳米粒子分散及其在消防服中的应用 627
50 氮化硼纳米管的制备及一系列先进纳米材料的可能性 629
1．简介 629
2．氮化硼纳米管（BNNTs）的合成方法 630
3．通过添加氮化硼纳米管增强树脂性能 631
4．利用氮化硼纳米管制造绝缘导热体 634
5．氮化硼纳米管和聚合物界面间相互作用的表征 635
6．总结 636
51 PLGA纳米粒子设计及DDS与医疗设备 637
1．简介 637
2．PLGA纳米粒子DDSs 637
3．利用PLGA纳米粒子作为基本载体的应用技术 641
4．PLGA纳米粒子系统平台和纳米医疗系统的实现 641
5．总结 647
52 基于纳米粒子立体平版印刷制造的用于太赫兹波传感的光子晶体共振器的开发 648
53 纳米级着色粒子的实用性问题 650
1．简介 650
2．纳米级着色粒子及功能特性的改善 651
3．总结 655
54 双稳态反射演示（QR-LPDTM）中电子液态粉末TM的材料设计 656
1．简介 656
2．QR-LPD概况 656
3．电子液态粉末 657
4．电气性能测量 657
5．附着力测量 659
6．材料设计 659
7．总结 661
55 含有纳米粒子的纳米复合材料的三维结构分析 661
1．简介 661
2．包含粒子填充物的纳米复合材料TEMT 662
3．TEMT的新进展 663
56 粉末技术和用于煤炭清洁使用的纳米科技 667
1．应用于煤粉燃烧发电厂中的粉末技术和纳米技术 667
2．应用于高效煤炭使用系统中的粉末技术和纳米技术 668
3．CO2捕捉和存储方法的研究 669
4．低阶煤和生物质能的升级 670
57 基于纳米粒子黏合的纤维增强塑料（FRP）的高效回收方法 671
1．简介 671
2．玻璃纤维增强塑料（GFRP）高效回收工艺的开发 671
3．复合材料的智能回收 673
58 纳米技术在机械化学中的挑战 674
1．简介 674
2．材料加工 674
3．总结 679
59 基于中空硅纳米粒子的透明优质隔热膜 679
1．绝热技术简介 679
2．如何制备具有纳米间距的聚合物膜 680
3．现场试验中的隔热膜性能 682
60 纳米粒子复合技术在低铂负载的高分子电解质燃料电池（PEFC）中的开发 684
1．PEFC催化剂的粒子设计 684
2．PEFC阳极Pt/C-WC复合粒子的制备 685
3．PEFC阴极Pt/C-SnO2复合粒子的制备 687