纳米材料学概论

出版时间：2008-10  出版社：华东理工大学  作者：徐云龙//赵崇军//钱秀珍  页数：219  
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前言

　　纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并快速崛起的新科技，它是物理学、化学、生物学、材料学和电子学等多学科高度交叉的一门综合性学科。如同微米技术在20世纪70年代以后对人类社会进步的推动作用一样，纳米科技必将成为21世纪的主导技术。　　纳米材料、纳米结构和纳米技术的应用不但可以节省资源和能源，而且对生态环境和人类健康也将发挥重要的作用。目前，纳米科技和纳米材料已引起世界各国的日益重视，纷纷制订纳米科技发展纲要和科技研究计划。我国的纳米科技研究也在诸多领域取得了可喜的成就，纳米高科技产业快速发展，纳米材料在改造和提升传统产业方面发挥着越来越重要的作用。为此，各行各业都迫切需要了解和掌握纳米材料和纳米科技的基本理论知识和发展趋势，为知识创新、技术创新、产品创新奠定基础。

内容概要

　　《纳米材料学概论》以纳米材料的制备、结构及性能和应用为主线，从零维纳米结构单元到纳米组装体系，较系统地介绍了纳米材料的基础知识和最新科技成果。全书内容分为十章，其中第一章介绍了纳米材料的基本概念；第二章介绍了纳米材料的基本特性；第三章至第五章分别介绍了零维、一维和二维纳米结构单元的制备、结构特征及性能与应用；第六章介绍了纳米玻璃、纳米陶瓷、纳米金属和纳米高分子等三维纳米结构的制备、结构特点及性能与应用；第七章简要介绍了几种主要的三维纳米复合材料；第八章介绍了纳米结构的人工组装和分子自组装技术，以及分子器件与分子机器的类型和工作原理；第九章介绍了纳米材料的测量技术和表征方法，第十章介绍了纳米材料的应用现状和发展前景。

书籍目录

第一章　绪论第一节　纳米科技的基本内涵一、纳米科技的起源二、纳米科技的研究内容第二节　纳米科技的研究意义一、引发生产方式的变革二、引发人类认知的革命第三节　纳米材料的研究历史一、纳米材料的研究历程二、纳米材料的发展阶段第四节　纳米材料的研究范畴一、纳米材料的研究对象二、纳米材料的研究内容第五节　纳米化的机遇与挑战一、纳米化机遇二、纳米安全性三、纳米标准化复习思考题参考文献第二章　纳米材料的基本效应第一节　小尺寸效应一、特殊的热力学性质二、特殊的磁学性质三、特殊的力学性质第二节　表面效应第三节　量子尺寸效应一、光谱线频移二、导电性能的转变第四节　宏观量子隧道效应第五节　库仑堵塞与量子隧穿效应第六节　介电限域效应第七节　量子限域效应第八节　应用实例复习思考题参考文献第三章　零维纳米结构单元第一节　原子团簇一、原子团簇分类二、碳原子团簇第二节　人造原子一、人造原子的概念二、人造原子的特征第三节　纳米粒子一、纳米粒子的制备二、纳米粒子的表面修饰三、纳米粒子的结构特征四、纳米粒子的特性五、研究与发展现状第四节　纳米脂质体及其靶向制剂一、脂质体的组成二、脂质体的形成原理三、脂质体的结构与载药系统四、纳米脂质体靶向给药系统复习思考题参考文献第四章　一维纳米结构单元第一节　碳纳米管一、碳纳米管结构二、碳纳米管的合成三、碳纳米管的纯化四、碳纳米管的稳定性五、碳纳米管的特性六、碳纳米管的应用第二节　纳米线一、金属纳米线二、半导体纳米线三、陶瓷纳米线第三节　同轴纳米电缆一、同轴纳米电缆的制备二、同轴纳米电缆的应用第四节　纳米带一、纳米带的制备方法二、纳米带的特性三、纳米带的应用第五节　纳米环一、氧化锌纳米环二、金纳米环三、钴纳米环复习思考题参考文献第五章　二维纳米结构——纳米薄膜第一节　纳米薄膜的分类一、根据微结构划分二、根据用途划分三、根据层数划分第二节　纳米薄膜的制备方法一、物理法二、化学法三、分子组装方法第三节　纳米薄膜的性能一、力学性能二、光学性能三、电磁学特性第四节　纳米薄膜的应用一、纳米光学薄膜二、纳米耐磨损膜与纳米润滑膜三、纳米磁性薄膜四、纳米气敏薄膜五、纳米渗透薄膜六、纳米绝缘薄膜七、纳米光电转换薄膜复习思考题参考文献第六章　三维纳米结构第一节　纳米玻璃一、纳米玻璃的研究层次二、纳米玻璃的制备方法三、纳米玻璃的应用第二节　纳米陶瓷一、纳米陶瓷的制备二、纳米陶瓷的特性三、纳米陶瓷的应用第三节　纳米介孔材料一、分类及结构特征二、介孔材料的合成三、介孔材料的应用第四节　纳米金属一、纳米晶化技术二、尺度效应三、纳米金属材料的应用第五节　纳米高分子一、螺旋结构高分子二、嵌段共聚物三、树枝状高分子第六节　最新研究进展复习思考题参考文献第七章　纳米复合材料第一节　纳米复合材料的分类第二节　纳米复合材料的设计一、纳米复合材料的功能设计二、纳米复合材料的合成设计三、纳米复合材料的稳定化设计第三节　陶瓷基纳米复合材料一、陶瓷基纳米复合材料的制备二、陶瓷基纳米复合材料的性能三、纳米复合陶瓷的作用机制第四节　金属基纳米复合材料一、金属基纳米复合材料的制备二、金属基纳米复合材料的性能三、金属基纳米复合材料的应用第五节　聚合物基纳米复合材料一、插层型聚合物纳米复合材料二、填充型聚合物纳米复合材料第六节　聚合物／聚合物纳米复合材料一、分子复合纳米聚合物材料二、原位复合纳米聚合物材料三、聚合物微纤／聚合物纳米复合材料第七节　纳米复合材料的应用前景复习思考题参考文献第八章　纳米组装体系第一节　人工组装一、原子操纵二、分子操纵第二节　纳米加工一、利用STM和AFM的纳米加工技术二、聚焦离子束技术三、准分子激光直写四、纳米压印第三节　分子自组装一、组装基本原理二、组装工艺第四节　分子器件一、分子导线二、分子开关三、分子整流器第五节　分子机器一、DNA镊子二、分子剪刀三、分子刹车四、分子马达复习思考题参考文献第九章　纳米测量与表征第一节　纳米测量技术一、电子显微技术二、衍射技术三、谱学技术四、热分析技术第二节　纳米材料表征一、纳米材料的粒度分析二、纳米材料的形貌分析三、成分分析四、纳米材料的结构分析五、纳米材料表面与界面分析第三节　纳米测量技术的展望复习思考题参考文献第十章　纳米材料的应用与展望第一节　电子信息领域一、纳米发电机二、纳米马达三、纳米计算机第二节　生物医学领域一、生物导弹二、纳米医用机器人三、生物芯片技术第三节　能源与环境领域一、纳米太阳能电池二、纳米光催化第四节　军事与航空领域一、纳米卫星二、隐身材料三、太空梯第五节　日常生活领域一、超双疏界面材料二、微胶囊相变材料第六节　展望参考文献

章节摘录

　　第一章　绪论　　第二节　纳米科技的研究意义　　引发生产方式的变革　　从石器时代开始，人类传统的生产方式是“从大到小”或者“由上到下”的加工技术。人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都是通过削去“多余”的物质（数以亿计的原子），以便把物质做成有用的形态。而纳米技术的实现方式是从微观到宏观，即“从小到大”或者“自下而上”。人类可以在原子水平上直接生产出自己所需要的任何东西，如分子大小的“万能制造机”、“原子装配机”，并能够运用任何材料去合成一切生存和享用的必需品。人类可以用小的机器制造更微小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品及在原子层面上操纵物质。　　纳米技术能使常规材料呈现出非常规物理特性，具有巨大的市场价值和开发价值，一些发达国家都投入了大量的资金进行研究工作。目前纳米技术也已经渗透到了某些传统产业中，如染料、涂料、食品等。通过纳米技术可使涂料的耐洗刷性由原来的一千多次提高到一万多次，延长老化时间。造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，对贵重物品的运输过程实施全程跟踪监督；将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要充气或更换。这种对传统产业进行纳米改性的技术，企业应用的投入不大，而且市场前景广阔。鉴于纳米科技对未来工业的革命性影响和对传统产业技术改造的广泛性，发达国家的企业为开拓巨大的潜在市场，正在加强技术储备，努力占领战略制高点。　　目前，硅MOS集成电路的极限线宽一般认为是O.03μm（30nm）。根据美国半导体工业协会预计，到2010年之前，微电子器件的线宽将达到这一物理极限。半导体器件的尺寸将达到0.1弘m（100 nm），这正好是纳米结构器件的最大长度。这不仅是加工精度、研发投资巨大以及量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理和技术限制问题，更重要的是将受到硅及作为绝缘层的二氧化硅自身性质的限制。小于这一尺寸，所有的芯片需要按照新的原理来设计。为了突破信息产业发展的瓶颈，我们必须研究纳米尺度中的理论问题和技术问题，建立适应纳米尺度的新的集成方法和新的技术标准。而在这一尺度上制造出的新型计算机的运算和存储能力将比目前微米技术下的计算机的速度和效率提高数百万倍，使存储容量达到数万亿比特，并且使能耗降低到现在的几十万分之一；通信带宽可能会增大好几百倍；可折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍，这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。　　……