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目录1

第1章 纳米科技导论1

1.1 纳米冲击波在世界产生的影响1

1.2 纳米技术的潜力和影响2

1.3 纳米技术的推动力3

1.4 纳米技术对各个领域的影响4

1.5 纳米学科领域的拓展7

第2章 碳纳米管的制备、表征和性能12

2.1 多壁碳纳米管的可控制合成——小直径碳纳米管、连续碳纳米管线12

2.1.1 小直径碳纳米管12

2.1.2 多壁碳纳米管阵列的可控制合成20

2.2 单壁、双壁纳米碳管的可控制合成30

2.2.1 单壁纳米碳管的可控制合成30

2.2.2 双壁碳纳米管的浮动催化法制备40

2.3.1 高温溶剂热合成碳纳米管51

2.3 高温溶剂热合成碳纳米材料51

2.3.2 碳空心球及无定形碳球的合成57

2.3.3 碳空心锥制备与表征58

2.4 单壁、双壁碳纳米管的共振拉曼散射研究60

2.4.1 双壁碳纳米管的共振拉曼光谱60

2.4.2 取向单层碳纳米管列阵的偏振拉曼光谱研究67

2.5 纳米管的生长、缺陷结构和物理特性的分子动力学模拟和第一原理计算69

2.5.1 单壁碳纳米管的自组装生长的分子动力学模拟69

2.5.2 碳纳米管上缺陷组装机理的分子动力学模拟研究70

2.5.3 碳纳米管的弹性和强度72

2.5.4 单壁碳纳米管储氢性能的理论研究74

2.5.5 束缚于碳纳米管中的氢分子凝聚和相变76

2.5.6 含氮碳纳米管的几何构型和电子结构的第一原理计算77

2.5.7 Ⅲ-Ⅴ化合物管状结构及其电子结构的理论探索79

2.5.8 甲烷与碳纳米管的碰撞反应研究80

2.5.9 束缚于纳米空间的原子、分子碰撞反应动力学研究81

2.6 碳纳米管的性质研究和应用83

2.6.1 碳纳米管束的拉伸性质研究84

2.6.2 单根多壁碳纳米管的径向压缩性质的研究86

2.6.3 多层碳纳米管的热学性质研究88

2.6.4 多层碳纳米管的电输运性质研究90

2.6.5 多层碳纳米管在高压下的行为93

2.6.6 碳纳米管的场发射性质及其显示应用97

2.6.7 碳纳米管的应用103

参考文献105

第3章 纳米线和纳米带113

3.1 纳米线的气相合成和表征113

3.1.1 气相法生长纳米线的机理113

3.1.2 元素纳米线114

3.1.3 二元化合物纳米线116

3.1.4 多元化合物纳米线121

3.2 同轴纳米电缆的合成与表征124

3.2.1 激光烧蚀法合成同轴纳米电缆125

3.2.2 溶胶-凝胶与碳热还原及蒸发-凝聚法合成同轴纳米电缆126

3.2.3 化学气相沉积法合成同轴纳米电缆126

3.3 纳米带的合成与表征129

3.3.1 元素纳米带129

3.3.2 二元化合物纳米带130

3.3.3 多元化合物纳米带133

3.4 纳米线和纳米带的光学特性136

3.4.1 本征发光137

3.4.2 非本征发光138

3.5 纳米线和纳米带的输运特性141

3.5.1 量子扩散区的输运现象142

3.5.2 弹道区电子输运144

3.6 纳米线和纳米带的热学特性151

3.6.1 热膨胀的基本理论和测量151

3.6.2 纳米颗粒热膨胀和熔点研究154

3.6.3 纳米线和纳米带的结构相变和热膨胀特性155

3.7 纳米线和纳米带的谱学特性159

3.7.1 拉曼光谱和红外光谱159

3.7.2 X射线光电子能谱（XPS）161

3.7.3 电子能量损失谱（EELS）163

3.7.4 电子顺磁共振（EPR）163

3.7.5 小结164

参考文献165

第4章 纳米结构和纳米阵列171

4.1 氧化铝模板的制备技术172

4.1.1 氧化铝模板的制备172

4.1.2 氧化铝模板的结构与表征174

4.1.3 氧化铝模板有序通道阵列形成机理的探索174

4.2 大面积有序孔洞材料的制备176

4.2.1 滴涂法177

4.2.3 垂直提拉法178

4.2.2 旋涂法178

4.3 有序纳米阵列的合成与表征179

4.3.1 基于氧化铝模板合成的有序纳米阵列179

4.3.2 基于二维胶体晶体模板合成的有序纳米阵列199

4.4 纳米颗粒与自组装202

4.5 纳米阵列的输运特性207

4.6 纳米阵列的光学特性211

4.6.1 光致发光211

4.6.2 光吸收216

4.6.3 光偏振219

4.7 纳米阵列的磁学特性222

4.8 纳米阵列的谱学特性229

4.8.1 拉曼散射光谱229

4.8.2 能量损失谱231

4.8.3 X光电子能谱232

4.8.4 电子顺磁共振谱233

参考文献234

第5章 纳米多孔材料的制备技术241

5.1 介孔材料及其分类241

5.2 介孔复合体及组装技术243

5.3 介孔材料的评价技术244

5.3.1 滞后圈与孔形状结构245

5.3.2 孔径分布的计算246

5.4 介孔组装体系的制备技术及性质研究247

5.5 干凝胶及气凝胶制备技术251

5.6 MCM-41有序介孔材料制备技术253

5.6.1 MCM-41介孔分子筛的发展历史253

5.6.2 MCM-41的基本含义，结构和组成254

5.6.3 MCM-41的合成方法255

5.6.4 MCM-41的形成机理256

5.6.5 MCM-41的结构表征258

参考文献260

5.6.7 MCM-41介孔组装体的研究现状260

5.6.6 介孔分子筛MCM-41的一些优异性质及其用途260

第6章 纳米界面与薄膜263

6.1 二元协同纳米界面材料的设计原理263

6.2 超疏水纳米界面材料的合成与表征——从自然到仿生的超疏水纳米界面材料265

6.2.1 植物叶表面的疏水性266

6.2.2 纳米结构产生高接触角267

6.2.3 外场刺激下的超亲水-超疏水可逆开关269

6.2.4 纳米结构与微米结构结合产生低滚动角270

6.2.5 表面微米结构的排列影响滚动各向异性272

6.3 颗粒膜的合成与表征273

6.3.1 颗粒膜的制备273

6.3.2 颗粒膜的表征276

6.4 颗粒膜的磁学特性279

6.4.1 颗粒体系中的静磁特性279

6.4.2 颗粒膜中的输运特性283

6.5.1 金属-金属型颗粒膜的巨磁电阻效应285

6.5 颗粒膜的巨磁电阻效应285

6.5.2 金属-绝缘体型颗粒膜的磁电阻效应291

6.6 纳米磁性薄膜的霍尔效应研究295

6.6.1 M-I型颗粒膜的巨霍尔效应研究297

6.6.2 M-M型颗粒膜的巨霍尔效应的研究301

6.7 颗粒膜的磁光效应303

6.7.1 Fe-SiO2颗粒膜的磁光效应303

6.7.2 Co-Ag颗粒膜的磁光效应304

6.7.3 Fe-Si合金薄膜的磁光效应304

6.8 纳米磁性薄膜的应用306

6.8.1 高密度读出磁头306

6.8.2 磁电阻效应传感器308

6.8.3 磁随机存储器310

6.8.4 自旋晶体管311

参考文献312

7.1 纳米金属体材料制备和表征316

第7章 纳米金属体材料316

7.1.1 纳米金属体材料的制备317

7.1.2 纳米金属体材料的结构及其表征320

7.2 纳米金属的力学性质327

7.2.1 强度327

7.2.2 塑性330

7.2.3 弹性模量332

7.2.4 应变强化332

7.2.5 超塑性333

7.2.6 蠕变334

7.3 纳米金属的热稳定性334

7.4 纳米晶软磁材料制备与性质342

7.4.1 纳米晶材料中组元对磁性的影响343

7.4.2 退火处理中降温速率对磁性的影响345

7.4.3 纳米晶表面应力场及晶粒内位错的稳定性345

7.4.4 纳米晶条带的表面改性346

7.4.5 纳米晶中的马氏体转变348

7.4.6 纳米晶软磁条带磁化过程中的弛豫349

7.4.7 磁化机制与晶粒尺寸的关系350

7.4.8 小结350

7.5 纳米复合稀土永磁材料351

7.5.1 纳米复合NdFeB永磁体中非晶相对交换耦合作用的影响352

7.5.2 Dy元素对富B体系纳米复合NdFeB的热行为和磁性能的影响以及该体系工艺参数的制定353

7.5.3 元素添加对磁性能的改善353

7.6 纳米晶磁制冷材料354

7.6.1 磁制冷概念及国内外研究概况354

7.6.2 纳米晶磁制冷材料355

参考文献357

第8章 纳米陶瓷与纳米复相陶瓷364

8.1 ZnO纳米陶瓷365

8.1.1 沉淀法制备ZnO纳米粉体365

8.1.2 ZnO纳米陶瓷的烧结与性能366

8.1.3 ZnO纳米陶瓷的电学性能368

8.2 SiC-Al2O3纳米复相陶瓷369

8.2.1 SiC-Al2O3纳米复合粉体的制备369

8.2.2 SPS烧结SiC-Al2O3纳米复相陶瓷的制备与力学性能370

8.3 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复相陶瓷372

8.3.1 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合粉体的制备与表征372

8.3.2 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC烧结体的制备与显微结构观察373

8.3.3 Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复相陶瓷的力学性能376

8.4 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷377

8.4.1 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷的制备377

8.4.2 ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷的显微结构与力学性能研究378

8.5 TiN-A12O3、TiN-Si3N4纳米复相导电陶瓷381

8.5.1 TiN-Al2O3、TiN-Si3N4纳米复相陶瓷的制备381

8.5.2 TiN-Al2O3、TiN-Si3N4纳米复相陶瓷的表征与导电性能研究381

8.6 CNTs-Al2O3纳米复相陶瓷385

8.6.1 碳纳米管在水性介质中的分散386

8.6.2 CNTs-Al2O3纳米复合粉体的制备387

8.6.3 CNTs/Al2O3纳米复相陶瓷的制备及力学性能388

8.7 CNTs-HAp纳米复相陶瓷390

8.7.1 原位沉积法制备CNTs-HAp纳米复合粉体391

8.7.2 热压烧结制备CNTs-HAp纳米复相陶瓷392

参考文献394

第9章 纳米材料化学制备的新技术、新方法研究395

9.1 溶剂热合成氮、硼、碳、磷等化合物的纳米材料396

9.1.1 碘输运溶剂热制备六方相和岩盐相GaN396

9.1.2 HPN2和BN纳米管与纳米空心球的合成397

9.1.3 还原-碳化法制备SiC纳米线400

9.1.4 用碳纳米管为原料合成TiC空心球400

9.1.5 α-Si3N4纳米晶的低温制备401

9.2 纳米材料的溶剂热、水热合成机理研究402

9.2.1 乙二胺、单胺配体溶剂热合成硫族化合物纳米材料402

9.2.2 In2O3和MnS介稳相纳米材料的溶剂热合成405

9.2.3 Te、硫化物及氧化物纳米材料的水热合成及形成机制407

9.2.4 表面活性剂对Ni和Te的形状控制412

9.3 复合溶剂热体系中纳米材料的合成414

9.3.1 利用丙三醇-水为溶剂制备了Bi2S3纳米带和Cu纳米线414

9.3.2 原位-前驱物模板-界面反应路线制备纳米空球416

9.3.3 以乙二胺-水为复合溶剂合成了规则几何形状的PbS闭合纳米线417

9.3.4 1-D Te纳米结构的控制合成418

9.4 纳米材料制备新方法研究419

9.4.1 γ射线辐照法合成纳米材料419

9.4.2 微波辅助制备纳米材料421

9.4.3 多元醇回流法合成纳米材料422

9.4.4 熔盐法制备纳米材料423

9.4.5 超声辅助制备纳米材料423

9.4.6 室温条件下合成纳米材料423

参考文献424

10.1.2 表面活性剂参与的异质原子岛生长的反应形核理论426

10.1.1 引言426

第10章 纳米体系的若干理论问题研究426

10.1 表面纳米结构的生长与稳定性理论426

10.1.3 表面三维原子岛的退化机理427

10.1.4 CO分子对Pt原子岛形状的控制机理427

10.1.5 实际纳米结构生长的相场模型428

10.1.6 小结429

10.2 自旋电子学材料的第一原理研究与设计429

10.2.1 引言429

10.2.2 方法与参数430

10.2.3 闪锌矿过渡金属化合物430

10.2.4 纤锌矿结构的半金属铁磁体432

10.2.5 小结433

10.3 纳米结构的量子性质及其相关效应433

10.3.1 引言433

10.3.2 量子尺寸效应434

10.3.3 库仑阻塞效应435

10.3.4 Fano效应437

10.3.5 Kondo效应439

10.4 团簇及团簇催化性质440

10.4.1 引言440

10.4.2 团簇结构440

10.4.3 团簇的催化及氧化性质442

10.4.4 构造新的团簇组分和结构来设计新的高效催化剂446

10.5 准二维体系中的d-波超导电性449

10.5.1 引言449

10.5.2 准二维Hubbard模型中的超导相变450

10.5.3 有关计算方法451

10.5.4 小结451

参考文献452

结束语454