納米材料基礎（雙語版第二版）

內容簡介

《納米材料基礎（雙語版第二版）》為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。

為使學生更好地掌握納米材料的基本概念及基礎知識，增強學生跨文化進行專業交流的能力，亦為學生以後閱讀專業文獻、撰寫科研論文做鋪墊，本書以中英雙語的形式呈現；每章均以英文部分開篇，隨後附有專業辭彙的音標及釋義，然後是對英文部分的中芝企汗辣文翻譯，以方便學生理解。全書共分為八章，第1章主要介紹了納米材料的基本概念及分類，納米科技的研究進展及新成果。第2章為納米效應的相關概念。第3章是關於納米材料的力學、熱學、磁學及光學性能。第4章重點介射判尋槓紹了“自上而下”和“自下而上”納米材料的製備方法以及納米材料的自組裝。第5章對納米材料的表征及納米製造的常用儀器——掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的基本原理及操作模式進虹殼束行了簡述。第6章是碳納米材料的合成。第7章為納米製造的光刻技術。第8章主要論述納米技術用於太陽能制汽元立氫的新能源研究。

本書可作為高等院校材料類、化學類、化工類、環境類、能源類、電子類等專業的本科生和研究生教材，亦可供相關專業工程技術人員、科研人員參考。

圖書目錄

1.IntroductiontoNanoscaleMaterials1

1.1Introductiontothenanoworld1

1.2Definitionofnanoscalematerials1

1.2.1Nanometer1

1.2.2Definitionofnanoscalematerials2

1.3Classificationofnanoscalematerials3

1.3.1Accordingtothespatialdimensionofmaterials3

1.3.2Accordingtothequantumpropertiesofmaterials4

1.3.3Accordingtomaterialproperties12

1.3.4Accordingtotheshapeandchemicalcomposition12

1.4Nanoscalescienceandtechnology17

1.5Drivenbyindustrialrevolution17

1.6Fundamentallimitationsofpresenttechnologies18

1.7Molecularelectronics18

1.8Technicalchallengesinfuture18

1.9Applicationsofnanomaterials20

1.9.1Waterpurification20

1.9.2Nanocatalysts20

1.9.3Nanosensors20

1.9.4Energy21

1.9.5Medicalapplications21

References23

Reviewquestions25

Vocabulary25

1.納米材料概殃蜜遙論31

1.1納米世界概述檔匪主31

1.2納米材料的定義31

1.2.1納米31

1.2.2納米材料的定義31

1.3納米材料的分類32

1.3.1依據材料的空間維度分類32

1.3.2依據愚贈材料的量子性質分類32

1.3.3依據材料的性能分類37

1.3.4依據形態和化學組成分類37

1.4納米科學與技術38

1.5工業革命的驅動39

1.6目前技術的基礎性缺陷39

1.7分子電子學40

1.8未來的技術挑戰40

1.9納米材料的套用40

1.9.1水的淨化41

1.9.2納米催化劑41

1.9.3納米感測器41

1.9.4能源41

1.9.5醫藥中的套用41

複習題43

2.NanometerEffectsofNanoscaleMaterials44

2.1Smallsizeeffect44

2.2Quantumsizeeffect45

2.2.1Relationshipbetweenenergygapandparticlesize45

2.2.2Application46

2.3Surfaceeffect47

2.4Macroscopicquantumtunneleffect48

2.4.1Ballistictransport48

2.4.2Tunneling48

2.4.3Resonancetunneling49

2.4.4Inelastictunneling50

2.4.5Tunneleffect50

2.4.6Macroscopicquantumtunneleffect50

References51

Reviewquestions51

Vocabulary52

2.納米材料的納米效應52

2.1小尺寸效應53

2.2量子尺寸效應53

2.2.1能隙與粒子尺寸的關係53

2.2.2套用54

2.3表面效應54

2.4巨觀量子隧道效應55

2.4.1彈道傳輸55

2.4.2隧穿55

2.4.3共振隧穿55

2.4.4非彈性隧穿55

2.4.5隧道效應56

2.4.6巨觀量子隧道效應56

複習題56

3.PropertiesofNanoscaleMaterials57

3.1Mechanicalproperties57

3.1.1PositiveHall-Petchslopes57

3.1.2NegativeHall-Petchslopes57

3.1.3PositiveandnegativeHall-Petchslopes58

3.2Thermalproperties59

3.3Magneticproperties59

3.4Electronicproperties60

3.5Opticalproperties62

3.5.1Photochemicalandphotophysicalprocessesofnanomaterials62

3.5.2Absorptionandluminescencespectra63

3.5.3Ultraviolet-visibleabsorptionspectroscopy63

References64

Reviewquestions65

Vocabulary65

3.納米材料的性能66

3.1力學性能66

3.1.1正的Hall-Petch斜率關係67

3.1.2負的Hall-Petch斜率關係67

3.1.3正-負Hall-Petch斜率關係67

3.2熱學性能67

3.3磁學性能68

3.4電學性能68

3.5光學性能69

3.5.1納米材料的光化學和光物理過程69

3.5.2吸收光譜和發光光譜69

3.5.3紫外-可見吸收光譜70

複習題70

4.SynthesisofNanoscaleMaterials71

4.1“Top-down”and“bottom-up”approaches71

4.2Solidphasemethod72

4.2.1Mechanicallymilling72

4.2.2Solid-statereaction74

4.3Physicalvapordeposition(PVD)method75

4.3.1ThermalevaporationPVDmethod75

4.3.2Plasma-assistedPVDmethod77

4.3.3Laserablation80

4.4Chemicalvapordeposition(CVD)method80

4.5Liquidphasesynthesismethod82

4.5.1Precipitationmethod82

4.5.2Solvethermalmethod84

4.5.3Freeze-dryingmethod(Cryochemicalsynthesismethod)88

4.5.4Sol-gelmethod90

4.5.5Microemulsionsmethod93

4.5.6Microwave-assistedsynthesis96

4.5.7Ultrasonicwave-assistedsynthesis97

4.6Synthesisofbulkmaterialsbyconsolidationofnanopowders98

4.6.1Coldcompaction98

4.6.2Warmcompaction98

4.7Template-assistedself-assemblynanostructuredmaterials99

4.7.1Principlesofself-assembly99

4.7.2Self-assemblyofMCM-41100

4.8Self-assemblyofnanocrystals101

4.9Synthesisandassemblyofanisotropicnanoparticles102

4.9.1Anisotropicnanoparticleswithfeaturesize102

4.9.2Rod-likeparticles102

4.9.3PreparationofvariousshapedPtnanoparticles104

4.9.4PreparationofvariousshapedRhnanoparticles105

4.10Synthesisofpolymericonedimensionalnanostructures(ODNS)106

4.10.1ElectrospinningsynthesisofpolymerODNS106

4.10.2Membrane/template-basedsynthesisofpolymerODNS109

4.10.3Template-freesynthesisofpolymerODNS110

4.11Greennanosynthesis111

4.11.1Preventwastes111

4.11.2Atomeconomy112

4.11.3Usingsafersolvents112

4.11.4Enhanceenergyefficiency112

References112

Reviewquestions117

Vocabulary118

4.納米材料製備123

4.1“自上而下”和“自下而上”的合成方法123

4.2固相方法124

4.2.1機械磨124

4.2.2固相反應124

4.3物理氣相沉積法（PVD）125

4.3.1熱蒸發PVD法125

4.3.2電漿輔助PVD法126

4.3.3雷射消融法127

4.4化學氣相沉積法（CVD）127

4.5液相合成方法128

4.5.1沉澱法128

4.5.2溶劑熱法129

4.5.3冷凍乾燥法（低溫化學合成法）131

4.5.4溶膠-凝膠法132

4.5.5微乳液方法133

4.5.6微波輔助合成135

4.5.7超音波輔助合成135

4.6通過固化納米粉合成塊材136

4.6.1冷壓136

4.6.2熱壓136

4.7模板輔助自組裝納米結構材料136

4.7.1自組裝原理136

4.7.2MCM-41自組裝137

4.8自組裝納米晶137

4.9各向異性納米粒子的合成和組裝137

4.9.1具有特徵尺寸的各向異性納米粒子137

4.9.2棒狀粒子138

4.9.3各種形貌Pt納米粒子的製備138

4.9.4製備各種形貌的銠（Rh）納米粒子139

4.10一維納米結構（ODNS）聚合物的合成139

4.10.1電紡絲法合成一維納米結構（ODNS）聚合物140

4.10.2基於膜或基於模板的一維納米結構（ODNS）聚合物的合成141

4.10.3無模板劑的一維納米結構（ODNS）聚合物的合成141

4.11綠色納米合成142

4.11.1防止廢棄物142

4.11.2原子經濟143

4.11.3使用更安全的溶劑143

4.11.4提高能源效率143

複習題143

5.ScanningTunnelingMicroscopeandAtomicForceMicroscope144

5.1Scanningtunnelingmicroscope(STM)144

5.1.1BasicprincipleofSTM144

5.1.2Operationmodes145

5.1.3ApplicationofSTM145

5.2Atomicforcemicroscope(AFM)146

5.2.1BasicprincipleofAFM146

5.2.2ModeofoperationofAFM147

5.2.3ApplicationofAFM148

References149

Reviewquestions150

Vocabulary150

5.掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡151

5.1掃描隧道顯微鏡（STM）151

5.1.1STM的基本原理151

5.1.2操作模式151

5.1.3STM的套用151

5.2原子力顯微鏡（AFM）152

5.2.1AFM的基本原理152

5.2.2AFM的操作模式152

5.2.3AFM的套用153

複習題153

6.SynthesisofCarbonNanomaterials154

6.1Carbonfamily154

6.1.1Graphiteanddiamond154

6.1.2Allotropeofcarbon154

6.2Fullerenes155

6.2.1SynthesisofC60155

6.2.2Purificationoffullerenes157

6.2.3StructureofC60158

6.2.413Cnuclearmagneticresonancespectroscopy158

6.2.5Endofullerenes159

6.2.6Nucleophilicadditionreactions160

6.2.7PolymerizationofC60160

6.2.8Fabricationofnanocar161

6.3Carbonnanotubes[45]162

6.3.1Synthesisofnanotubes162

6.3.2Growingmechanisms166

6.3.3Geometryofcarbonnanotubes167

6.4Graphene169

6.4.1Propertiesofgraphene169

6.4.2Synthesisofgaphene170

References176

Reviewquestions179

Vocabulary180

6.碳納米材料的合成182

6.1碳族182

6.1.1石墨和金剛石182

6.1.2碳的同素異形體182

6.2富勒烯182

6.2.1C60的合成183

6.2.2富勒烯的提純183

6.2.3C60的結構183

6.2.413C核磁共振譜184

6.2.5富勒烯包合物184

6.2.6親核加成反應184

6.2.7C60的聚合反應184

6.2.8納米車的製造184

6.3碳納米管184

6.3.1碳納米管的合成184

6.3.2生長機理185

6.3.3碳納米管的幾何構型186

6.4石墨烯186

6.4.1石墨烯的性質187

6.4.2石墨烯的合成187

複習題190

7.LithographyforNanofabrication191

7.1Microfabricationbyphotolithographyofultravioletlight191

7.2Nanofabricationbyscanningbeamlithography194

7.2.1Electronbeamlithography194

7.2.2Focusedionbeamlithography194

7.3Nanoimprintlithography195

7.3.1Nanoimprintlithography195

7.3.2Step-and-flashimprintlithography196

7.3.3Microcontactprinting196

7.4Scanningprobelithography197

References199

Reviewquestions200

Vocabulary201

7.光刻技術用於納米製造202

7.1紫外線光刻微製造202

7.2掃描束刻蝕納製造203

7.2.1電子束刻蝕203

7.2.2聚焦離子束刻蝕204

7.3納米壓印刻蝕技術204

7.3.1納米壓印刻蝕204

7.3.2步進式閃爍壓印光刻204

7.3.3微接觸印製205

7.4掃描探針刻蝕205

複習題206

8.NanotechnologyforProductionofHydrogenbySolarEnergy207

8.1Hydrogeneconomy207

8.2Hydrogenproduction208

8.3Conversionofsolarenergy209

8.4Hydrogenproductionbyphotocatalyticwatersplitting210

8.5LoadingmetaloverTiO2210

8.6Developmentofvisible-light-drivenphotocatalysts211

8.6.1LoadingCr3+overtitanatenanotubes211

8.6.2Semiconductorcomposition212

References216

Reviewquestions217

Vocabulary217

8.納米技術用於太陽能制氫218

8.1氫能經濟219

8.2產氫219

8.3太陽能轉換219

8.4光催化分解水制氫220

8.5TiO2上負載金屬220

8.6可見光碟機動的光催化劑的發展220

8.6.1在鈦酸鹽納米管上負載Cr3+220

8.6.2半導體複合材料221

複習題222

納米材料基礎（雙語版第二版）

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