纳米科学与纳米技术

第1章 纳米材料的大千世界 1

1.1 历史与范围 2

1.1.1 纳米材料并非新产物 5

1.1.2 纳米技术的早期应用：纳米金 6

1.1.3 纳米科学与纳米技术方面的出版物 7

1.2 小物质能有大不同吗 8

1.3 纳米结构材料的分类 11

1.4 令人惊叹的纳米结构 14

1.5 纳米材料的应用 16

1.6 自然：最好的纳米科学家 21

1.7 挑战与未来展望 24

第2章 纳米材料的独特性能 27

2.1 纳米晶体材料中的微结构和缺陷 27

2.1.1 层错 28

2.1.2 孪晶、堆垛缺陷和空隙 29

2.1.3 晶界、三结和旋转位移 31

2.2 材料的纳米尺寸效应 33

2.2.1 弹性性能 33

2.2.2 熔点 34

2.2.3 扩散率 36

2.2.4 晶粒生长特性 37

2.2.5 固体溶解度的增大 39

2.2.6 磁性能 41

2.2.7 电学性能 45

2.2.8 光学性能 47

2.2.9 热学性能 48

2.2.10 机械性能 50

第3章 合成路线 59

3.1 “自下而上”法 59

3.1.1 物理气相沉积 59

3.1.2 化学气相沉积 62

3.1.3 喷雾转换处理 66

3.1.4 溶胶-凝胶法 67

3.1.5 湿化学合成法 70

3.1.6 自组装 72

3.2 “自上而下”的方法 75

3.2.1 机械合金化 75

3.2.2 等通道转角挤压法 82

3.2.3 高压扭转 83

3.2.4 累积叠轧焊 85

3.2.5 纳米光刻 86

3.2.6 蘸笔纳米光刻技术 88

3.3 纳米粉末的固结成形 88

3.3.1 冲击波固结成形 89

3.3.2 热等静压成型和冷等静压成型 90

3.3.3 放电等离子烧结 91

第4章 纳米材料的应用 95

4.1 纳米电子学 96

4.1.1 半导体器件原理 98

4.1.2 MOSFET 99

4.1.3 固态量子效应器件 100

4.1.4 混合微纳米电子RTT 101

4.1.5 分子电子器件 101

4.1.6 新型光电器件 103

4.2 MEMS和NEMS 105

4.3 纳米传感器 105

4.3.1 碳纳米管传感器 107

4.3.2 纳米线传感器 108

4.3.3 聚合物纳米纤维和纳米复合物 109

4.3.4 纳米粒子 111

4.3.5 等离子基纳米探针 111

4.3.6 光学纳米传感器 112

4.3.7 半导体量子干扰器件磁性纳米传感器 112

4.3.8 生物传感器 113

4.3.9 基于微悬臂梁的传感器 113

4.3.10 电子鼻 115

4.3.11 电子舌 115

4.4 纳米催化剂 116

4.4.1 黄金纳米粒子 117

4.4.2 磁性纳米粒子 118

4.4.3 其他纳米催化剂 118

4.5 食品工业和农产品业 118

4.6 化妆品和消费品 119

4.6.1 防晒霜 120

4.6.2 个人护理产品 120

4.6.3 抗衰老产品 120

4.6.4 其他用途 120

4.7 结构与工程 121

4.8 汽车行业 121

4.9 水处理与环境 122

4.10 纳米医学应用 123

4.11 纺织品 124

4.12 涂料 125

4.13 能源 125

4.14 防御和空间应用 127

4.15 结构应用 129

第5章 纳米材料的表征手段 131

5.1 XRD 132

5.2 小角X射线散射 133

5.3 SEM 134

5.3.1 电子-物质的相互作用 134

5.3.2 成像 135

5.4 TEM 137

5.4.1 先进的TEM技术 137

5.4.2 利用TEM定量分析 138

5.4.3 TEM的功能 139

5.4.4 TEM的制样 140

5.5 AFM 141

5.5.1 AFM和其他成像技术的对比 143

5.5.2 AFM的常见模式 144

5.6 STM 147

5.6.1 操作模式 148

5.6.2 STM的构造 149

5.7 场离子显微镜 150

5.8 三维原子探针 152

5.9 纳米压痕 153

第6章 纳米技术的关注与挑战 156

词汇表 164

索引 171