納米材料技術(shù)

第1章 概述

1．1 納米材料技術(shù)的發(fā)展歷史

1．1．1 納米材料技術(shù)的發(fā)展歷程

1．1．2 納米材料技術(shù)研究方法的轉(zhuǎn)變

1．1．3 納米科技在20世紀(jì)末的發(fā)展概況

1．2 納米材料與結(jié)構(gòu)的奇異特性

1．2．1 尺寸效應(yīng)

l．2．2 表面與界面效應(yīng)

1．2．3 體積效應(yīng)

1．2．4 量子尺寸效應(yīng)

1．2．5 宏觀量子隧道效應(yīng)

1．3 中國(guó)納米科技研究概況與創(chuàng)新成果

1．3．1 中國(guó)納米科技基金研究項(xiàng)目范疇

1．3．2 中國(guó)納米材料技術(shù)研究取得的創(chuàng)新成果

1．4 納米科技發(fā)展的特點(diǎn)及社會(huì)影響

1．4．1 納米科技發(fā)展的特點(diǎn)

1．4．2 納米科技發(fā)展的社會(huì)影響

1．5 納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨向

1．5．1 美國(guó)“國(guó)家納米技術(shù)倡議”

1．5．2 美國(guó)221年投入與分配

. 1．5．3 中國(guó)納米科技發(fā)展趨向

1．5．4 開發(fā)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模預(yù)測(cè)

1．5．5 需求牽引，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)發(fā)展趨向

1．5．6 重點(diǎn)開發(fā)領(lǐng)域、應(yīng)用方向與競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)

參考文獻(xiàn)

第2章 納米材料性質(zhì)與顯微組織表征

2．1 納米材料性質(zhì)

2．1．1 納米粉體材料的性質(zhì)

2．1．2 納米固體材料的性質(zhì)

2．2 納米材料的顯微組織表征

2．2．1 納米粒子的表征

2．2．2 納米材料化學(xué)成分表征

2．2．3 納米材料表面分析

2．2．4 納米材料熱分析

2．2．5 高分辨電子顯微鏡（hrem）分析

參考文獻(xiàn)

第3章 薄膜材料的性能表征

3．1 薄膜材料的力學(xué)性能

3．1．1 薄膜的附著性能——界面結(jié)合強(qiáng)度

3．1．2 薄膜的硬度

3．1．3 薄膜的彈性模量

3．1．4 薄膜韌性

3．1．5 薄膜強(qiáng)度

3．1．6 薄膜內(nèi)應(yīng)力及其測(cè)試方法

3．2 金屬薄膜材料的電學(xué)性質(zhì)

3．2．1 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)

3．2．2 不連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)

3．3 介質(zhì)薄膜的電學(xué)性質(zhì)

3．3．1 介質(zhì)薄膜的絕緣性能

3．3．2 介質(zhì)薄膜的介電性能

3．3．3 介質(zhì)薄膜的壓電性質(zhì)

3．3．4 介質(zhì)薄膜的熱釋電性質(zhì)

3．3．5 介質(zhì)薄膜的鐵電性質(zhì)

3．4 半導(dǎo)體薄膜的性質(zhì)

3．4．1 單晶半導(dǎo)體薄膜的性質(zhì)

3．4．2 多晶半導(dǎo)體薄膜的性質(zhì)

3．4．3 非晶半導(dǎo)體薄膜的性質(zhì)

3．4．4 氧化物半導(dǎo)體薄膜的性質(zhì)

3．5 特種新型薄膜材料的性能

3．5．1 超導(dǎo)薄膜的性能

3．5．2 磁性薄膜的性質(zhì)

3．5．3 金剛石薄膜的性質(zhì)

參考文獻(xiàn)

……2100433B

納米科學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)末獲得創(chuàng)新成果，21世紀(jì)初最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d學(xué)科。作為物質(zhì)、技術(shù)基礎(chǔ)的納米材料技術(shù)，得到領(lǐng)先發(fā)展，處于核心地位，率先嶄露頭角，顯現(xiàn)優(yōu)異特性，得到世人關(guān)注和廣為人知，成果卓著。本書在此背景下，依據(jù)收集國(guó)內(nèi)外的最新成果和資料，運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)際的方法編寫而成，是至今系統(tǒng)論述納米材料技術(shù)的專著。旨在普及科學(xué)知識(shí)，促進(jìn)科研、開發(fā)應(yīng)用和提供高等院校師生參考。

內(nèi)容包括概述、納米材料性質(zhì)與顯微組織表征、薄膜材料的性能表征、納米材料制備技術(shù)、納米粉體材料、納米薄膜與涂層材料、納米晶材料、納米復(fù)合材料、納米電子材料和納米材料技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，共十章。全書內(nèi)容新鮮、信息知識(shí)豐富，圖文并茂。

第1章 緒論1

1.1 納米科學(xué)技術(shù)的問世1

1.2 納米科學(xué)技術(shù)引發(fā)的產(chǎn)業(yè)革命3

1.2.1 信息產(chǎn)業(yè)3

1.2.2 生物醫(yī)藥技術(shù)4

1.2.3 納米材料使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代5

1.3 納米科學(xué)技術(shù)的國(guó)際態(tài)勢(shì)6

1.4 我國(guó)納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展11

參考文獻(xiàn)12

第2章 納米材料的結(jié)構(gòu)與性能14

2.1 納米材料的特性及分類14

2.1.1 納米材料的特性14

2.1.2 納米材料的分類16

2.2 納米微粒17

2.2.1 納米微粒的結(jié)構(gòu)與形貌17

2.2.2 納米微粒的物理特性17

2.3 納米碳材料30

2.3.1 C6030

2.3.2 納米洋蔥狀富勒烯32

2.3.3 納米碳管33

2.4 納米晶體材料46

2.4.1 納米晶體材料的結(jié)構(gòu)47

2.4.2 納米晶體材料的性能56

2.5 納米復(fù)合材料62

2.5.1 納米復(fù)合材料的分類62

2.5.2 納米復(fù)合材料的性能64

參考文獻(xiàn)70

第3章 納米材料測(cè)試分析技術(shù)78

3.1 電子顯微分析78

3.1.1 透射電子顯微分析(TEM)78

3.1.2 掃描電子顯微分析(SEM)102

3.1.3 X射線能譜儀(EDS)和波譜儀(WDS)107

3.1.4 電子能量損失譜(EELS)112

3.2 掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)117

3.2.1 掃描隧道顯微鏡117

3.2.2 原子力顯微鏡120

3.3 X射線衍射分析(XRD)122

3.3.1 X射線衍射原理123

3.3.2 X射線衍射分析方法(XRD)123

3.3.3 樣品制備124

3.3.4 X射線衍射分析（XRD）在納米材料研究中的應(yīng)用124

3.4 光譜分析129

3.4.1 核磁共振譜129

3.4.2 紅外（IR) 、激光拉曼光譜134

3.4.3 紫外（UV) 、可見（VIS）光譜分析139

3.4.4 穆斯堡爾譜分析143

3.4.5 原子光譜分析146

3.4.6 分子熒光光譜分析156

3.4.7 擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜分析158

3.5 能譜分析161

3.5.1 俄歇電子能譜分析（AES) 161

3.5.2 X射線光電子能譜分析(XPS)166

3.5.3 紫外光電子能譜分析(UPS)172

3.6 粒度分析173

3.6.1 粒度分析法173

3.6.2 粒度分析的樣品制備174

3.6.3 粒度分析在納米材料中的應(yīng)用175

參考文獻(xiàn)179

第4章 納米材料的設(shè)計(jì)與計(jì)算181

4.1 新材料設(shè)計(jì)概述181

4.1.1 計(jì)算機(jī)模擬的發(fā)展181

4.1.2 納米材料的分子模擬183

4.2 納米材料設(shè)計(jì)與計(jì)算的原理與方法186

4.2.1 第一性原理方法186

4.2.2 分子力學(xué)方法188

4.2.3 分子動(dòng)力學(xué)方法189

4.2.4 分子蒙特卡洛方法(Monte Carlo method,簡(jiǎn)稱MC)190

4.2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解析與模擬190

4.3 納米材料微觀結(jié)構(gòu)、性能與分子模擬191

4.3.1 X射線衍射線形精煉方法及結(jié)構(gòu)分析191

4.3.2 納米結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬195

4.3.3 擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)203

4.3.4 分子光譜的模擬204

4.4 電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)205

4.4.1 C60與納米碳管理論分析207

4.4.2 納米碳管的性質(zhì)208

4.4.3 納米洋蔥狀富勒烯（Nano Onion-like Fullerenes, NOLFs) 213

4.4.4 表面與界面的理論研究216

4.4.5 能帶-光子晶體217

參考文獻(xiàn)220

第5章 納米材料的制備技術(shù)223

5.1 由過飽和蒸氣制備納米團(tuán)簇和納米顆粒223

5.1.1 團(tuán)簇生成技術(shù)223

5.1.2 團(tuán)簇組裝材料227

5.1.3 幻數(shù)227

5.1.4 濺射法、熱蒸發(fā)和激光法制備納米顆粒228

5.2 納米顆粒的化學(xué)合成法235

5.2.1 溶液中的成核與長(zhǎng)大236

5.2.2 細(xì)微顆粒穩(wěn)定與抗聚集長(zhǎng)大236

5.2.3 納米顆粒237

5.3 半導(dǎo)體納米團(tuán)簇的合成243

5.3.1 表征方法及合成中的問題243

5.3.2 膠體/膠束/氣泡245

5.3.3 聚合物246

5.3.4 玻璃247

5.3.5 晶型主體和沸石主體247

5.3.6 單一尺寸團(tuán)簇248

5.4 機(jī)械研磨法制備納米結(jié)構(gòu)250

5.4.1 高能球磨和機(jī)械研磨251

5.4.2 納米結(jié)構(gòu)形成的現(xiàn)象學(xué)252

5.4.3 晶粒尺寸減小的機(jī)理257

5.5 人工多層材料258

5.5.1 微觀結(jié)構(gòu)259

5.5.2 加工260

5.6 納米碳管的制備264

5.6.1 納米碳管的特性264

5.6.2 納米碳管的合成265

5.6.3 定向納米碳管的制備270

參考文獻(xiàn)290

第6章 納米材料的加工291

6.1 溶膠-凝膠法加工納米材料291

6.1.1 引言291

6.1.2 氧化物的制備292

6.1.3 凝膠形成的無粉加工295

6.1.4 凝膠制備中的干燥與脫水297

6.1.5 固化凝膠：燒結(jié)298

6.1.6 加工納米結(jié)構(gòu)材料的基體299

6.1.7 納米材料溶膠-凝膠加工前景展望301

6.2 納米晶材料的成形與燒結(jié)302

6.2.1 引言302

6.2.2 納米晶顆粒的干法成形302

6.2.3 納米晶顆粒的濕法成形304

6.2.4 無壓燒結(jié)過程中的理想致密化304

6.2.5 無壓燒結(jié)過程中的非理想致密化309

6.2.6 無壓燒結(jié)過程中的晶粒生長(zhǎng)311

6.2.7 無壓燒結(jié)過程中孔對(duì)晶界的釘扎作用313

6.2.8 無壓燒結(jié)過程中晶粒生長(zhǎng)的極小化和致密化的極大化314

6.2.9 加壓燒結(jié)和燒結(jié)鍛壓315

6.2.10 其他燒結(jié)方法簡(jiǎn)介318

6.2.11 結(jié)語(yǔ)320

參考文獻(xiàn)320

第7章 納米材料的應(yīng)用321

7.1 納米材料在結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的應(yīng)用321

7.1.1 納米復(fù)合材料321

7.1.2 納米材料在機(jī)械工程中的應(yīng)用324

7.1.3 納米材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用327

7.1.4 納米碳管與金剛石328

7.2 納米材料和納米技術(shù)在電子器件方面的應(yīng)用331

7.2.1 納米磁性材料331

7.2.2 納米光功能材料338

7.2.3 納米技術(shù)在電子器件方面的應(yīng)用355

7.2.4 碳材料在電子器件方面的應(yīng)用373

7.3 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用375

7.3.1 納米材料作為催化劑375

7.3.2 作為增強(qiáng)、增韌和抗腐用的納米塑料376

7.3.3 在材料表面防腐及功能化中的應(yīng)用385

7.3.4 納米材料在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用392

7.3.5 納米碳管的化學(xué)修飾402

7.4 納米材料在生物醫(yī)藥和健康衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用404

7.4.1 常用的生物材料及其特點(diǎn)404

7.4.2 納米藥物載體405

7.4.3 應(yīng)用實(shí)例417

7.4.4 納米技術(shù)在生物材料中的應(yīng)用434

7.4.5 碳納米材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用435

7.5 納米材料在紡織品中的應(yīng)用436

7.5.1 抗紫外線型化纖437

7.5.2 反射紅外線（含抗紅外線）型化纖438

7.5.3 抗菌、抑菌和除臭型化纖439

7.5.4 導(dǎo)電型化纖超細(xì)粉體材料442

7.5.5 功能化纖材料442

7.6 納米材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用443

7.6.1 納米技術(shù)在體育方面的應(yīng)用443

7.6.2 納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用443

7.6.3 納米技術(shù)在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用444

7.6.4 納米功能材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用446

7.6.5 碳納米材料在其他方面的應(yīng)用449

參考文獻(xiàn)450 2100433B

《納米材料及應(yīng)用技術(shù)》從原子、分子層次設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算電子、原子、晶體結(jié)構(gòu)、表征設(shè)備與技術(shù)、性能表征、制備技術(shù)到應(yīng)用領(lǐng)域?qū){米材料進(jìn)行了較詳細(xì)的論述。

本書是高等學(xué)校教材。全書介紹了納米材料的結(jié)構(gòu)和性能以及制備方法，并講述了納米材料的應(yīng)用和納米材料與技術(shù)的新進(jìn)展。本書主要任務(wù)是使材料專業(yè)本科生對(duì)納米材料有一個(gè)比較廣泛的了解。通過本課程的學(xué)習(xí)可了解到納米材料和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，掌握納米材料的基本知識(shí)和基本理論，包括納米顆粒，納米管線，納米薄膜，納米固體材料，納米結(jié)構(gòu)的概念、特點(diǎn)、性能和制備方法等。全書共分9章，第1章綜述了納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展歷程；第2章講述了納米材料的分類、概念及其特性；第3章講解了納米粉體材料的制備技術(shù)及其特點(diǎn)；第4章到第6章分別介紹了一維納米碳管、納米固體材料、介孔材料的特點(diǎn)及其制備方法；第7章是納米材料的分析表征技術(shù)；第8章敘述了納米材料的應(yīng)用；第9章為有關(guān)納米材料的潛在危害。

本書適合從事或有興趣于納米材料與納米技術(shù)研究或教學(xué)的教師、研究生、本科生等人員閱讀，另外，有些章節(jié)也可作為科普讀物。